(57)【要約】ワイヤレス電力伝送システムを制御するための方法、システム、及び装置。１つの態様は、送信機と受信機とを含むワイヤレス電力伝送システムを特徴とする。送信機は、送信機ＩＭＮを有し、送信機の電力の特性と目標電力との第１の比較を実行するステップを含む処理を実行するように構成される。第１の比較に基づいて、送信機ＩＭＮのリアクタンスを調整して、送信機の電力を調整する。受信機は、受信機ＩＭＮを有し、送信機からの電力データに基づいて第２の時間におけるワイヤレス電力伝送システムの効率を判定するステップを含む処理を実行するように構成される。第２の時間における効率と、第２の時間よりも前の、第１の時間におけるワイヤレス電力伝送システムの効率との第２の比較を実行する。第２の比較に基づいて、受信機ＩＭＮのリアクタンスを調整する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワイヤレス電力伝送システムであって、
送信機インピーダンスマッチングネットワーク（ＩＭＮ）を有する電力送信機であって、
前記送信機の電力の特性と、目標電力との第１の比較を実行するステップと、
前記第１の比較に基づいて、前記送信機ＩＭＮのリアクタンスを調整して、前記送信機の前記電力を調整するステップと、
を含む処理を実行するように構成された、電力送信機と、
受信機ＩＭＮを有する電力受信機であって、
前記送信機からの電力データに基づいて、第２の時間における前記ワイヤレス電力伝送システムの効率を判定するステップと、
前記第２の時間における前記効率と、前記第２の時間よりも前の、第１の時間における前記ワイヤレス電力伝送システムの効率との第２の比較を実行するステップと、
前記第２の比較に基づいて、前記受信機ＩＭＮのリアクタンスを調整するステップと、
を含む処理を実行するように構成された、電力受信機と、
を備える、システム。
【請求項２】
前記受信機ＩＭＮの前記リアクタンスを調整するステップは、可変リアクタンス調整値で、前記受信機ＩＭＮの前記リアクタンスを調整するステップを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記第１の比較、及び前記送信機ＩＭＮの前記リアクタンスの調整は、前記電力の前記特性が前記目標電力の閾値内に入るまで、反復して行われる、請求項１又は２に記載のシステム。
【請求項４】
前記受信機ＩＭＮの前記リアクタンスを調整するステップは、前記第２の時間における前記効率が、前記第１の時間における前記効率よりも低いことに応答して、リアクタンス調整値を無効化するステップを含み、前記受信機ＩＭＮの前記リアクタンスを調整するステップは、前記無効化されたリアクタンス調整値で、前記受信機ＩＭＮの前記リアクタンスを調整するステップを含む、請求項１から３のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項５】
前記送信機ＩＭＮの前記リアクタンスを調整するステップは、前記電力が前記目標電力よりも小さいことに応答して、第１のリアクタンス調整値で、前記送信機ＩＭＮの前記リアクタンスを調整するステップと、前記電力が前記目標電力よりも大きいことに応答して、別の第２のリアクタンス調整値で、前記送信機ＩＭＮの前記リアクタンスを調整するステップと、を含む、請求項１から３のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項６】
前記第１のリアクタンス調整値は、前記第２のリアクタンス調整値と、大きさが等しく、符号が反対である、請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
前記第１の比較は、前記送信機の前記電力の力率と、目標力率との比較であって、前記送信機の前記処理は、更に、
前記第１の比較に後続する、前記電力の大きさと目標電力の大きさとの第３の比較と、
前記第３の比較に基づいて、前記送信機のバス電圧を調整して、前記送信機の前記電力を調整するステップと、
を含む、請求項１から６のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項８】
前記力率は、送信機電圧と送信機電流との間の位相関係によって表される、請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
前記第１の比較、及び前記第１の比較に基づく前記送信機ＩＭＮの前記リアクタンスの調整は、前記電力の前記力率が前記目標力率の閾値内に入るまで、反復して行われる、請求項７又は８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記第１の比較を実行するステップ、及び前記送信機ＩＭＮの前記リアクタンスを調整するステップは、前記第３の比較を実行するステップ、及び前記バス電圧を調整するステップよりも、速いレートで反復される、請求項７から９のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１１】
前記送信機は電気自動車の充電器であって、前記受信機は電気自動車の電力システムに結合されている、請求項１から１０のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１２】
前記送信機の前記処理は、更に、前記目標電力をゼロに低減することによって、前記ワイヤレス電力伝送システムをシャットダウンするステップを含む、請求項１から１１のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１３】
前記送信機の前記処理は、更に、前記送信機の電力インバータをシャットダウンするステップを含む、請求項１から１２のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１４】
前記送信機の前記処理は、更に、前記送信機ＩＭＮの前記リアクタンスを最大値に調整することによって、前記送信機を起動するステップを含む、請求項１から１３のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１５】
前記送信機の前記処理は、更に、インバータの周波数を目標周波数に調整することによって、前記送信機を起動するステップを含む、請求項１から１４のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１６】
前記受信機の前記処理は、更に、前記受信機ＩＭＮの前記リアクタンスを最小値に調整することによって、前記受信機を起動するステップを含む、請求項１から１５のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１７】
前記受信機の前記処理は、更に、前記受信機ＩＭＮの前記リアクタンスを最大値から最小値に調整することによって、前記受信機を起動するステップを含む、請求項１から１６のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１８】
前記送信機ＩＭＮは、インバータと、少なくとも１つの固定リアクタンス素子との間に電気的に接続された、チューニング可能なリアクタンス素子を備え、前記送信機ＩＭＮの前記リアクタンスを調整するステップは、前記チューニング可能なリアクタンス素子を調整するステップを含む、請求項１から１７のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１９】
前記受信機ＩＭＮは、整流器と、少なくとも１つの固定リアクタンス素子との間に電気的に接続された、チューニング可能なリアクタンス素子を備え、前記受信機ＩＭＮの前記リアクタンスを調整するステップは、前記チューニング可能なリアクタンス素子を調整するステップを含む、請求項１から１８のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項２０】
前記第１の比較を実行するステップ、及び前記送信機ＩＭＮの前記リアクタンスを調整するステップは、前記第２の比較を実行するステップ、及び前記受信機ＩＭＮの前記リアクタンスを調整するステップよりも速いレートで反復される、請求項１から１９のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項２１】
前記ワイヤレス電力伝送システムの前記効率を判定するステップは、
前記送信機から電力データを受信するステップと、
前記受信機の出力電力を判定するステップと、
前記送信機からの前記電力データと、前記受信機の前記出力電力とに基づいて、前記ワイヤレス電力伝送システムの前記効率を計算するステップと、
を含む、請求項１から２０のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項２２】
前記送信機の前記処理は、更に、
前記電力の大きさのチェック、前記電力の力率のチェック、及び前記送信機のインバータの周波数のチェックを含む、複数のチェックを実行するステップと、
前記複数のチェックに応答して、選択的に前記インバータの前記周波数を調整して、前記送信機の前記電力を調整するステップと、
を含む、請求項１から２１のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項２３】
前記送信機の前記処理は、更に、
前記電力の大きさのチェック、及び前記送信機のインバータの位相シフトのチェックを含む、複数のチェックを実行するステップと、
前記複数のチェックに応答して、選択的に前記インバータの前記位相シフトを調整して、前記送信機の前記電力を調整するステップと、
を含む、請求項１から２２のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項２４】
前記送信機の前記処理は、更に、前記バス電圧を調整する前に、前記バス電圧が最小バス電圧よりも大きいことを検証するステップを含む、請求項７から１０のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項２５】
前記第１の比較は、前記送信機の前記電力の力率と目標力率との比較であって、前記送信機の前記処理は、更に、
前記電力の大きさと目標電力の大きさとの第３の比較を実行するステップと、
前記第３の比較に基づいて、前記送信機ＩＭＮの前記リアクタンスを調整して、前記送信機の前記電力を低減するステップと、
を含む、請求項１から２４のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項２６】
前記第１の比較は、前記送信機の前記電力の力率と目標力率との比較であって、前記送信機の前記処理は、更に、
前記電力の大きさと目標電力の大きさとの第３の比較を実行するステップと、
前記第３の比較に基づいて、前記送信機のインバータの周波数を調整して、前記送信機の前記電力を低減するステップと、
を含む、請求項１から２４のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項２７】
前記第１の比較は、前記送信機の前記電力の力率と目標力率との比較であって、前記送信機の前記処理は、更に、
前記電力の大きさと目標電力の大きさとの第３の比較を実行するステップと、
前記第３の比較に基づいて、前記送信機のインバータの位相シフトを調整して、前記送信機の前記電力を低減するステップと、
を含む、請求項１から２４のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項２８】
送信機インピーダンスマッチングネットワーク（ＩＭＮ）を備える、ワイヤレス電力送信機であって、
前記送信機の前記電力の特性と目標電力との第１の比較を実行するステップと、
前記第１の比較に基づいて、前記送信機ＩＭＮのリアクタンスを調整して、前記送信機の前記電力を調整するステップと、
ワイヤレス電力受信機に対する前記送信機の前記電力を示す、電力データを送信するステップと、
を含む処理を実行するように構成された、送信機。
【請求項２９】
前記第１の比較、及び前記送信機ＩＭＮの前記リアクタンスの調整は、前記電力の前記特性が前記目標電力の閾値内に入るまで、反復して行われる、請求項２８に記載の送信機。
【請求項３０】
前記送信機ＩＭＮの前記リアクタンスを調整するステップは、前記電力が前記目標電力より小さいことに応答して、第１のリアクタンス調整値で、前記送信機ＩＭＮの前記リアクタンスを調整するステップと、前記電力が前記目標電力よりも大きいことに応答して、別の第２のリアクタンス調整値で、前記送信機ＩＭＮの前記リアクタンスを調整するステップと、を含む、請求項２８又は２９に記載の送信機。
【請求項３１】
前記第１のリアクタンス調整値は、前記第２のリアクタンス調整値と、大きさが等しく、符号が反対である、請求項３０に記載の送信機。
【請求項３２】
前記第１の比較は、前記送信機の前記電力の力率と、目標力率との比較であって、前記送信機の前記処理は、更に、
前記第１の比較に後続する、前記電力の大きさと目標電力の大きさとの第３の比較と、
前記第３の比較に基づいて、前記送信機のバス電圧を調整して、前記送信機の前記電力を調整するステップと、
を含む、請求項２８から３１のいずれか一項に記載の送信機。
【請求項３３】
前記力率は、送信機電圧と送信機電流との間の位相関係によって表される、請求項３２に記載の送信機。
【請求項３４】
前記第１の比較、及び前記第１の比較に基づく前記送信機ＩＭＮの前記リアクタンスの調整は、前記電力の前記力率が前記目標力率の閾値内に入るまで、反復して行われる、請求項３２又は３３に記載の送信機。
【請求項３５】
前記第１の比較を実行するステップ、及び前記送信機ＩＭＮの前記リアクタンスを調整するステップは、前記第３の比較を実行するステップ、及び前記バス電圧を調整するステップよりも、速いレートで反復される、請求項３２から３４のいずれか一項に記載の送信機。
【請求項３６】
前記送信機は、電気自動車の充電器である、請求項２８から３５のいずれか一項に記載の送信機。
【請求項３７】
前記送信機の前記処理は、更に、前記目標電力をゼロに低減することによって、ワイヤレス電力伝送システムをシャットダウンするステップを含む、請求項２８から３６のいずれか一項に記載の送信機。
【請求項３８】
前記送信機の前記処理は、更に、前記送信機の電力インバータをシャットダウンするステップを含む、請求項２８から３７のいずれか一項に記載の送信機。
【請求項３９】
前記送信機の前記処理は、更に、前記送信機ＩＭＮの前記リアクタンスを最大値に調整することによって、前記送信機を起動するステップを含む、請求項２８から３８のいずれか一項に記載の送信機。
【請求項４０】
前記送信機の前記処理は、更に、インバータの周波数を目標周波数に調整することによって、前記送信機を起動するステップを含む、請求項２８から３９のいずれか一項に記載の送信機。
【請求項４１】
前記送信機ＩＭＮは、インバータと、少なくとも１つの固定リアクタンス素子との間に電気的に接続された、チューニング可能なリアクタンス素子を備え、前記送信機ＩＭＮの前記リアクタンスを調整するステップは、前記チューニング可能なリアクタンス素子を調整するステップを含む、請求項２８から４０のいずれか一項に記載の送信機。
【請求項４２】
前記送信機は、更に、前記送信機ＩＭＮの少なくとも一部に結合されて、送信機の共振器を形成する、誘導コイルを備える、請求項２８から４１のいずれか一項に記載の送信機。
【請求項４３】
前記送信機の前記処理は、更に、
前記電力の大きさのチェック、前記電力の力率のチェック、及び前記送信機のインバータの周波数のチェックを含む、複数のチェックを実行するステップと、
前記複数のチェックに応答して、選択的に前記インバータの前記周波数を調整して、前記送信機の前記電力を調整するステップと、
を含む、請求項２８から４２のいずれか一項に記載の送信機。
【請求項４４】
前記送信機の前記処理は、更に、
前記電力の大きさのチェック、及び前記送信機のインバータの位相シフトのチェックを含む、複数のチェックを実行するステップと、
前記複数のチェックに応答して、選択的に前記インバータの前記位相シフトを調整して、前記送信機の前記電力を調整するステップと、
を含む、請求項２８から４３のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項４５】
前記送信機の前記処理は、更に、前記バス電圧を調整する前に、前記バス電圧が最小バス電圧よりも大きいことを検証するステップを含む、請求項３２から３５のいずれか一項に記載の送信機。
【請求項４６】
前記第１の比較は、前記送信機の前記電力の力率と、目標力率との比較であって、前記送信機の前記処理は、更に、
前記電力の大きさと目標電力の大きさとの第３の比較と、
前記第３の比較に基づいて、前記送信機ＩＭＮの前記リアクタンスを調整して、前記送信機の前記電力を調整するステップと、
を含む、請求項２８から４５のいずれか一項に記載の送信機。
【請求項４７】
前記第１の比較は、前記送信機の前記電力の力率と、目標力率との比較であって、前記送信機の前記処理は、更に、
前記電力の大きさと目標電力の大きさとの第３の比較と、
前記第３の比較に基づいて、前記送信機のインバータの周波数を調整して、前記送信機の前記電力を低減するステップと、
を含む、請求項２８から４５のいずれか一項に記載の送信機。
【請求項４８】
前記第１の比較は、前記送信機の前記電力の力率と、目標力率との比較であって、前記送信機の前記処理は、更に、
前記電力の大きさと目標電力の大きさとの第３の比較と、
前記第３の比較に基づいて、前記送信機のインバータの位相シフトを調整して、前記送信機の前記電力を低減するステップと、
を含む、請求項２８から４５のいずれか一項に記載の送信機。
【請求項４９】
受信機インピーダンスマッチングネットワーク（ＩＭＮ）を備える、ワイヤレス電力受信機であって、
ワイヤレス電力送信機からの電力データに基づいて、第２の時間におけるワイヤレス電力伝送システムの効率を判定するステップと、
前記第２の時間における前記効率と、前記第２の時間よりも前の、第１の時間における前記ワイヤレス電力伝送システムの効率との第２の比較を実行するステップと、
前記第２の比較に基づいて、前記受信機ＩＭＮのリアクタンスを調整するステップと、
を含む処理を実行するように構成された、受信機。
【請求項５０】
前記受信機ＩＭＮの前記リアクタンスを調整するステップは、可変リアクタンス調整値で、前記受信機ＩＭＮの前記リアクタンスを調整するステップを含む、請求項４９に記載の受信機。
【請求項５１】
前記受信機ＩＭＮの前記リアクタンスを調整するステップは、前記第２の時間における前記効率が、前記第１の時間における前記効率よりも低いことに応答して、リアクタンス調整値を無効化するステップを含み、前記受信機ＩＭＮの前記リアクタンスを調整するステップは、前記無効化されたリアクタンス調整値で、前記受信機ＩＭＮの前記リアクタンスを調整するステップを含む、請求項４９又は５０に記載の受信機。
【請求項５２】
前記受信機は、電気自動車の電力システムに結合されている、請求項４９から５１のいずれか一項に記載の受信機。
【請求項５３】
前記受信機の前記処理は、更に、前記受信機ＩＭＮの前記リアクタンスを最小値に調整することによって、前記受信機を起動するステップを含む、請求項４９から５２のいずれか一項に記載の受信機。
【請求項５４】
前記受信機の前記処理は、更に、前記受信機ＩＭＮの前記リアクタンスを最大値から最小値に調整することによって、前記受信機を起動するステップを含む、請求項４９から５３のいずれか一項に記載の受信機。
【請求項５５】
前記受信機ＩＭＮは、整流器と、少なくとも１つの固定リアクタンス素子との間に電気的に接続された、チューニング可能なリアクタンス素子を備え、前記受信機ＩＭＮの前記リアクタンスを調整するステップは、前記チューニング可能なリアクタンス素子を調整することを含む、請求項４９から５４のいずれか一項に記載の受信機。
【請求項５６】
前記ワイヤレス電力伝送システムの前記効率を判定するステップは、
前記送信機から電力データを受信するステップと、
前記受信機の出力電力を判定するステップと、
前記送信機からの前記電力データと、前記受信機の前記出力電力とに基づいて、前記ワイヤレス電力伝送システムの前記効率を計算するステップと、
を含む、請求項４９から５５のいずれか一項に記載の受信機。
【請求項５７】
前記受信機は、更に、前記受信機ＩＭＮの少なくとも一部に結合されて、受信機の共振器を形成する、誘導コイルを備える、請求項４９から５６のいずれか一項に記載の受信機。
【請求項５８】
ワイヤレス電力伝送システムを制御する方法であって、
ワイヤレス電力送信機によって、前記ワイヤレス電力送信機の送信機インピーダンスマッチングネットワーク（ＩＭＮ）をチューニングして、目標送信機電力特性を達成するステップと、
前記ワイヤレス電力送信機によって、前記送信機の前記電力を示す電力データを、ワイヤレス電力受信機に送信するステップと、
前記ワイヤレス電力受信機によって、前記電力データに基づいて、前記受信機ＩＭＮをチューニングして、前記ワイヤレス電力伝送システムの効率を向上させるステップと、
を含む、方法。
【請求項５９】
前記目標送信機電力特性は目標力率であって、前記目標送信機電力特性は目標力率である、請求項５８に記載の方法。
【請求項６０】
前記力率は、送信機電圧と送信機電流との間の位相差によって表され、前記目標力率は目標位相差である、請求項５９に記載の方法。
【請求項６１】
インバータのバス電圧を調整して、目標電力の大きさを達成するステップを更に含む、請求項５８から６０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６２】
インバータのバス電圧を調整して、目標電力の大きさを達成するステップを更に含む、請求項５８から６１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６３】
前記送信機ＩＭＮを調整する前に、安全チェックを実施するステップを更に含む、請求項５８から６２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６４】
前記安全チェックは、過電圧のチェック、又は過電流のチェックである、請求項６３に記載の方法。
【請求項６５】
前記送信機によって、送信機電力の大きさのチェック、送信機力率のチェック、及び前記送信機のインバータの周波数のチェックを含む、複数のチェックを実行するステップと、
前記複数のチェックに応答して、選択的に前記インバータの前記周波数を調整して、前記送信機の前記電力を調整するステップと、
を更に含む、請求項５８から６４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６６】
送信機電力の大きさのチェック、及び前記送信機のインバータの位相シフトのチェックを含む、複数のチェックを実行するステップと、
前記複数のチェックに応答して、選択的に前記インバータの前記位相シフトを調整して、前記送信機の前記電力を調整するステップと、
を更に含む、請求項５８から６５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６７】
前記送信機は電気自動車の充電器であって、前記受信機は電気自動車の電力システムに結合されている、請求項５８から６６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６８】
前記送信機の起動中に、前記送信機ＩＭＮのリアクタンスを最大値に調整するステップを更に含む、請求項５８から６７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６９】
前記受信機の起動中に、前記受信機ＩＭＮのリアクタンスを最小値に調整するステップを更に含む、請求項５８から６８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７０】
電力伝送をチューニングするための、制御ループを実施するように構成された、バス電圧制御を有さないワイヤレス電力伝送システムであって、
前記制御ループは、
前記ワイヤレス電力伝送システムの送信機の出力電力を制御する、第１のサブループ（３０５）と、
タンク回路を前記ワイヤレス電力伝送システムの受信機の整流器に結合する、インダクタ（Ｌ３ｄ）とキャパシタ（Ｃ３ｄ）との、合成リアクタンスをチューニングする、第２のサブループ（３０３）と、
を備え、
前記第２のサブループ（３０３）は、ワイヤレス電力伝送の効率を監視することによって、前記合成リアクタンスをチューニングする、ワイヤレス電力伝送システム。
【請求項７１】
前記第２のサブループ（３０３）は、摂動観測（perturb-and-observe）ストラテジを使用して、タンク回路を前記ワイヤレス電力伝送システムの受信機の整流器に結合する、インダクタ（Ｌ３ｄ  １５０）とキャパシタ（Ｃ３ｄ  １４８）との、前記合成リアクタンスをチューニングすることによって、前のポイントに基づいて効率を向上させる、請求項７０に記載のワイヤレス電力送信システム。
【請求項７２】
前記第２のサブループ（３０３）は、出力電力が前記制御ループの開始時点の目標電力と比較される、電力比較（Ａ０６）に依存する、請求項７０又は７１に記載のワイヤレス電力伝送システム。
【請求項７３】
前記第２のサブループ（３０３）は、例えば４０Ｈｚの通信速度で動作する、請求項７０から７２のいずれか一項に記載のワイヤレス電力伝送システム。
【請求項７４】
前記制御ループは、式（１）で特徴付けられ、
【数１】
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式（１）
ここで、Ｐｉｎｖは、前記ワイヤレス電力伝送システムの前記送信機のインバータからの電力で、Ｖｂｕｓは、バス電圧で、Ｒｉｎｖは、前記インバータから見た抵抗で、Ｘｉｎｖは、前記インバータから見たリアクタンスであって、
前記チューニングは、Ｘｉｎｖが、インダクタ（Ｌ３Ｄ  １５０）とキャパシタ（Ｃ３ｄ  １４８）との前記合成リアクタンスと等しい場合に、行われる、
請求項７０から７３のいずれか一項に記載のワイヤレス電力伝送システム。
【請求項７５】
第１のサブループ（３０５）は、前記ワイヤレス電力伝送システムの他の部分と通信しないローカルループである、請求項７０から７４のいずれか一項に記載のワイヤレス電力伝送システム。
【請求項７６】
前記第１のサブループ（３０５）は、前記第２のサブループ（３０３）よりも速く、前記第１のサブループ（３０５）は、例えば１〜１０ｋＨｚのオーダーである、請求項７０から７５のいずれか一項に記載のワイヤレス電力伝送システム。
【請求項７７】
前記制御ループは、
送信機リアクタンスを最大値に設定するステップと、
受信機リアクタンスを最小値に設定するステップと、
を含む、入力を準備するステップ（３０２）を含み、
時間ゼロにおける前記ワイヤレス電力伝送の前記効率は０であって、受信機リアクタンスは定数値又は変数値によって変更される、請求項７０から７６のいずれか一項に記載のワイヤレス電力伝送システム。
【請求項７８】
前記制御ループは、出力電力を目標電力と比較すること（３０６）によって開始する、請求項７０から７７のいずれか一項に記載のワイヤレス電力伝送システム。
【請求項７９】
前記出力電力が、前記目標電力の許容誤差の範囲内にある場合に、
時間ｎにおいて効率が測定され（３０８）、
時間ｎにおける前記効率は、前の時間ｎ−１における効率と比較され（３１０）、
時間ｎにおける前記効率が、前記前の時間ｎ−１における前記効率よりも大きいとき、受信機リアクタンスの変化が、前記受信機リアクタンスに加えられ（３１２）、前記出力電力は前記目標電力と比較され、
時間ｎにおける前記効率が、前記前の時間ｎ−１における前記効率より小さい又は等しいとき、受信機リアクタンスの変化は無効化され（３１４）、前記無効化された変化は、前記受信機リアクタンスに加えられ（３１２）、前記出力電力は前記目標電力と比較される（３０６）、
請求項７８に記載のワイヤレス電力伝送システム。
【請求項８０】
前記出力電力が前記目標電力の許容誤差の範囲内にない場合、
前記出力電力が前記目標電力よりも小さいか否かが判定され（３１６）、
前記出力電力が前記目標電力よりも小さいとき、送信機リアクタンスの変化が−δに設定され（３１８）、送信機リアクタンスの前記変化が前記送信機リアクタンスに加えられ（３２０）、前記出力電力が前記目標電力と比較され（３０６）、
前記出力電力が前記目標電力よりも大きいとき、送信機リアクタンスの前記変化はδに設定され（３２２）、送信機リアクタンスの前記変化が前記送信機リアクタンスに加えられ（３２０）、前記出力電力が前記目標電力と比較される（３０６）、
請求項７８に記載のワイヤレス電力伝送システム。
【請求項８１】
電力伝送をチューニングするための制御ループを実装するように構成された、バス電圧制御を有するワイヤレス電力伝送システムであって、
前記制御ループは、
式（２）で定義されるように位相を制御する、第１のサブループ（４０１）と、
【数２】
2019509707.tif 000022
式（２）
出力電力を制御する、第２のサブループ（４０３）と、
効率を監視することによって、タンク回路を前記ワイヤレス電力伝送システムの受信機の整流器に結合する、インダクタ（Ｌ３Ｄ  １５０）とキャパシタ（Ｃ３ｄ  １４８）との、合成リアクタンスをチューニングする、第３のサブループ（４０５）と、
を含む、ワイヤレス電力伝送システム。
【請求項８２】
前記第３のサブループ（４０５）は、摂動観測ストラテジを使用して、インダクタ（Ｌ３ｄ）とキャパシタ（Ｃ３ｄ）との前記合成リアクタンスをチューニングすることによって、前のポイントに基づいて効率を向上させる、請求項８１に記載のワイヤレス電力伝送システム。
【請求項８３】
前記第３のサブループ（４０５）は、電力比較（４０８）に依存し、前記第２のサブループ（４０３）に依存する、請求項８１又は８２に記載のワイヤレス電力伝送システム。
【請求項８４】
前記第３のサブループ（４０５）は、例えば４０Ｈｚの通信速度（ＷｉＦｉの速度）で動作する、請求項８１から８３のいずれか一項に記載のワイヤレス電力伝送システム。
【請求項８５】
前記制御ループ（４００）は、式（３）で特徴付けられ、
【数３】
2019509707.tif 000023
式（３）
ここで、Ｐｉｎｖは、前記ワイヤレス電力伝送システムの送信機のインバータからの電力の出力で、Ｖｂｕｓは、バス電圧で、Ｒｉｎｖは、前記インバータから見た抵抗で、Ｘｉｎｖは、前記インバータから見たリアクタンスであって、
前記チューニングは、Ｖｂｕｓ及びＸ３＝Ｘｉｎｖにおいて、行われる、
請求項８１から８４のいずれか一項に記載のワイヤレス電力伝送システム。
【請求項８６】
前記第１のサブループ（４０１）がまず調整され、前記第２のサブループ（４０３）が次に調整され、前記第３のサブループ（４０５）が続いて調整される、請求項８１から８５のいずれか一項に記載のワイヤレス電力伝送システム。
【請求項８７】
前記第１のサブループ（４０１）は、１〜１０ｋＨｚのオーダーで動作する、請求項８１から８６のいずれか一項に記載のワイヤレス電力伝送システム。
【請求項８８】
前記第１のサブループ（４０１）は、ローカルループであって、前記ワイヤレス電力伝送システムの他の部分と通信しない、請求項８１から８７のいずれか一項に記載のワイヤレス電力伝送システム。
【請求項８９】
前記第２のサブループ（４０３）は、ローカルループであって、前記ワイヤレス電力伝送システムの他の部分と通信しない、請求項８１から８８のいずれか一項に記載のワイヤレス電力伝送システム。
【請求項９０】
前記第２のサブループ（４０３）は、１〜１０ｋＨｚのオーダーで動作する、請求項８１から８９のいずれか一項に記載のワイヤレス電力伝送システム。
【請求項９１】
前記制御ループは、
送信機リアクタンスを最大値に設定するステップと、
受信機リアクタンスを最小値に設定するステップと、
を含む、入力を準備するステップ（３０２）を含み、
時間ゼロにおけるワイヤレス電力伝送の前記効率は０であって、前記受信機リアクタンスは増加し、前記送信機リアクタンスは増加し、前記バス電圧は増加し、位相は増加する、請求項８１から９０のいずれか一項に記載のワイヤレス電力伝送システム。
【請求項９２】
前記制御ループは、
インバータで測定された位相を目標位相と比較するステップを含み、
前記インバータで測定された位相が前記目標位相と等しい場合、出力電圧が目標電圧と比較される、
請求項８１から９１のいずれか一項に記載のワイヤレス電力伝送システム。
【請求項９３】
前記第３のサブループ（４０５）は、前記出力電力が目標電力と等しい場合に発生し、時間ｎにおける効率を測定するステップ（４１０）と、前記時間ｎにおける前記効率を、前の時間ｎ−１における効率と比較するステップ（４１２）と、を含み、前記時間ｎにおける前記効率が、前記前の時間ｎ−１における前記効率よりも大きいとき、受信機リアクタンスが増加され（４１４）前記時間ｎにおける前記効率が、前記前の時間ｎ−１における前記効率より小さい又は等しいとき、前記受信機リアクタンスの変化は無効化され（４１６）、前記無効化された値は、前記受信機リアクタンスに加えられる（４１４）、請求項８１から９２のいずれか一項に記載のワイヤレス電力伝送システム。
【請求項９４】
前記第２のサブループ（４０３）は、前記出力電力が目標電力と等しくない場合に発生し、前記出力電力が前記目標電力よりも小さいとき、前記バス電圧を増加させるステップ（４２０）と、前記出力電力が前記目標電力よりも大きいとき、前記バス電圧を減少させるステップ（４２２）とを含む、請求項８１から９３のいずれか一項に記載のワイヤレス電力伝送システム。
【請求項９５】
前記第１のサブループ（４０１）は、インバータで測定された位相が目標位相と等しくない場合に発生し、インバータで測定された前記位相が目標位相より大きいとき、受信機リアクタンスを最小受信機リアクタンスと比較するステップ（４２６）、前記受信機リアクタンスが前記最小受信機リアクタンスと等しければ、前記出力電力を目標電力と比較するステップ（４０８）、前記受信機リアクタンスが前記最小受信機リアクタンスと等しくなければ、送信機リアクタンスを減少させるステップ（４３８）、前記インバータで測定された前記位相が前記目標位相よりも小さいとき、受信機リアクタンスを最大受信機リアクタンスと比較するステップ（４３０）、前記受信機リアクタンスが最大受信機リアクタンスと等しければ、前記出力電力を前記目標電力と比較するステップ（４０８）、及び前記受信機リアクタンスが前記最大受信機リアクタンスと等しくなければ、前記送信機リアクタンスを増加させるステップ（４３２）を含む、請求項８１から９４のいずれか一項に記載のワイヤレス電力伝送システム。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
本出願は、２０１６年２月２日に出願された米国仮特許出願番号６２／２９０，３２５号、及び２０１６年８月２５日に出願された米国仮特許出願番号６２／３７９，６１８号の優先権を主張するものであり、これらの先行出願の内容は、参照により本明細書に組み込まれる。
【背景技術】
【０００２】
ワイヤレス電力伝送システムは、多岐に渡る結合係数ｋ、負荷条件、及び環境条件において動作する。これらのパラメータの変化はワイヤレス電力伝送システムの効率に影響する。ワイヤレス電力伝送システムは、電力伝送の性能及び効率を向上させるためのインピーダンスマッチングネットワークを含むことができる。このような多岐に渡る条件において、ワイヤレス電力伝送システムの良好な性能を得ることは、従来のインピーダンスマッチングネットワークにおける課題である。
【発明の概要】
【０００３】
一般に、本開示は、システム、パラメータ、環境パラメータ、又はその両方の変化に適応するように、ワイヤレス電力送信機及び受信機を同期的にチューニングするワイヤレス電力伝送制御システムを特徴とする。本明細書に記載のワイヤレス電力伝送制御システムは、組み込み装置、携帯電話及び他のモバイルの電子機器の充電器、並びに電気自動車用の充電器を含む、様々な状況で使用され得る。
【０００４】
第１の態様では、本開示は、送信機インピーダンスマッチングネットワーク（ＩＭＮ）を有するワイヤレス電力送信機を特徴とする。送信機は、送信機の電力の特性と目標電力との第１の比較を実行することを含む処理を実行するように構成される。第１の比較に基づいて、送信機ＩＭＮのリアクタンスを調整して、送信機の電力が調整される。送信機の電力を示す電力データがワイヤレス電力受信機に送信される。
【０００５】
第２の態様では、本開示は、受信機ＩＭＮを有するワイヤレス電力受信機を特徴とする。受信機は、ワイヤレス電力送信機からの電力データに基づいて、第２の時間における、ワイヤレス電力伝送システムの効率を判定することを含む処理を実行するように構成される。第２の時間における効率と、第２の時間よりも前の、第１の時間におけるワイヤレス電力伝送システムの効率との第２の比較が実行される。第２の比較に基づいて、受信機ＩＭＮのリアクタンスが調整される。
【０００６】
第３の態様では、本開示は、電力送信機と電力受信機とを含む、ワイヤレス電力伝送システムを特徴とする。送信機は、送信機ＩＭＮを有する。送信機は、送信機の電力の特性と目標電力との第１の比較を実行することを含む処理を実行するように構成される。第１の比較に基づいて、送信機ＩＭＮのリアクタンスを調整して、送信機の電力が調整される。受信機は受信機ＩＭＮを有する。受信機は、送信機からの電力データに基づいて、第２の時間における、ワイヤレス電力伝送システムの効率を判定することを含む処理を実行するように構成される。第２の時間における効率と、第２の時間よりも前の、第１の時間におけるワイヤレス電力伝送システムの効率との第２の比較が実行される。第２の比較に基づいて、受信機ＩＭＮのリアクタンスが調整される。
【０００７】
第１の態様及び第２の態様は、第３の態様のシステムなどのシステムにおいて、協働することができる。更に、これら及び第４の態様から第７の態様は、各々、以下の特徴の１つ以上を任意に含み得る。
【０００８】
ある実装では、受信機ＩＭＮのリアクタンスを調整することには、可変リアクタンス調整値で、受信機ＩＭＮのリアクタンスを調整することが含まれる。
【０００９】
ある実装では、第１の比較及び、送信機ＩＭＮのリアクタンスに対する調整は、電力の特性が目標電力の閾値内に入るまで、反復して行われる。
【００１０】
ある実装では、受信機ＩＭＮのリアクタンスを調整することには、第２の時間における効率が、第１の時間における効率よりも低いことに応答して、リアクタンス調整値を無効化することが含まれる。受信機ＩＭＮのリアクタンスを調整することには、無効化されたリアクタンス調整値で、受信機ＩＭＮのリアクタンスを調整することが含まれる。
【００１１】
ある実装では、送信機ＩＭＮのリアクタンスを調整することには、電力が目標電力より小さいことに応答して、第１のリアクタンス調整値で、送信機ＩＭＮのリアクタンスを調整することが含まれる。電力が目標電力よりも大きいことに応答して、別の第２のリアクタンス調整値で、送信機ＩＭＮのリアクタンスを調整する。
【００１２】
ある実装では、第１のリアクタンス調整値は、第２のリアクタンス調整値と、大きさが等しく、符号が反対である。
【００１３】
ある実装では、第１の比較は、送信機の電力の力率と目標力率との比較である。送信機の処理は、電力の大きさと目標電力の大きさとの第３の比較を含み、第３の比較は第１の比較に後続し、第３の比較に基づいて、送信機のバス電圧を調整して、送信機の電力が調整される。
【００１４】
ある実装では、力率は、送信機電圧と送信機電流との間の位相関係によって表される。
【００１５】
ある実装では、第１の比較、及び第１の比較に基づく送信機ＩＭＮのリアクタンスの調整は、電力の力率が目標力率の閾値内に入るまで、反復して行われる。
【００１６】
ある実装では、第１の比較を実行すること、及び送信機ＩＭＮのリアクタンスを調整することは、第３の比較を実行すること、及びバス電圧を調整することよりも、速いレートで反復される。
【００１７】
ある実装では、送信機は電気自動車の充電器であって、受信機は電気自動車の電力システムに結合される。
【００１８】
ある実装では、送信機の処理には、目標電力をゼロに低減することによって、ワイヤレス電力伝送システムをシャットダウンすることが含まれる。
【００１９】
ある実装では、送信機の処理には、送信機の電力インバータをシャットダウンすることが含まれる。
【００２０】
ある実装では、送信機の処理には、送信機ＩＭＮのリアクタンスを最大値に調整することによって、送信機を起動することが含まれる。
【００２１】
ある実装では、送信機の処理には、インバータの周波数を目標周波数に調整することによって、送信機を起動することが含まれる。
【００２２】
ある実装では、受信機の処理には、受信機ＩＭＮのリアクタンスを最小値に調整することによって受信機を起動することが含まれる。
【００２３】
ある実装では、受信機の処理には、受信機ＩＭＮのリアクタンスを最大値から最小値に調整することによって、受信機を起動することが含まれる。
【００２４】
ある実装では、送信機ＩＭＮは、インバータと、少なくとも１つの固定リアクタンス素子との間に電気的に接続された、チューニング可能なリアクタンス素子を備え、送信機ＩＭＮのリアクタンスを調整することには、チューニング可能なリアクタンス素子を調整することが含まれる。
【００２５】
ある実装では、受信機ＩＭＮは、整流器と、少なくとも１つの固定リアクタンス素子との間に電気的に接続された、チューニング可能なリアクタンス素子を備え、受信機ＩＭＮのリアクタンスを調整することには、チューニング可能なリアクタンス素子を調整することが含まれる。
【００２６】
ある実装では、第１の比較を実行すること、及び送信機ＩＭＮのリアクタンスを調整することは、第２の比較を実行すること、及び受信機ＩＭＮのリアクタンスを調整することよりも、速いレートで反復される。
【００２７】
ある実装では、ワイヤレス電力伝送システムの効率を判定することには、送信機から電力データを受信すること、受信機の出力電力を判定すること、及び送信機からの電力データと、受信機の出力電力とに基づいて、ワイヤレス電力伝送システムの効率を計算することが含まれる。
【００２８】
ある実装では、送信機の処理には、電力の大きさのチェック、電力の力率のチェック、及び、送信機のインバータの周波数のチェックを含み得る、複数のチェックを実行することと、複数のチェックに応答して、選択的にインバータの周波数を調整して、送信機の電力を調整することが、含まれる。
【００２９】
ある実装では、送信機の処理には、電力の大きさのチェック、及び送信機のインバータの位相シフトのチェックを含み得る、複数のチェックを実行することと、複数のチェックに応答して、選択的にインバータの位相シフトを調整して、送信機の電力を調整することが、含まれる。
【００３０】
ある実装では、送信機の処理には、バス電圧を調整する前に、バス電圧が最小バス電圧よりも大きいことを検証することが含まれる。
【００３１】
ある実装では、第１の比較は、送信機の電力の力率と目標力率との比較である。送信機の処理には、電力の大きさと目標電力の大きさとの第３の比較を実行することと、第３の比較に基づいて、送信機のＩＭＮのリアクタンスを調整して、送信機の電力を低減することが、含まれ得る。
【００３２】
ある実装では、第１の比較は、送信機の電力の力率と目標力率との比較である。送信機の処理には、電力の大きさと目標電力の大きさとの第３の比較を実行することと、第３の比較に基づいて、送信機のインバータの周波数を調整して、送信機の電力を低減することが、含まれ得る。
【００３３】
ある実装では、第１の比較は、送信機の電力の力率と目標力率との比較である。送信機の処理には、電力の大きさと目標電力の大きさとの第３の比較を実行することと、第３の比較に基づいて、送信機のインバータの位相シフトを調整して、送信機の電力を低減することが、含まれ得る。
【００３４】
ある実装では、送信機は、送信機インピーダンスマッチングネットワークの少なくとも一部に結合されて、送信機の共振器を形成する、誘導コイルを備える。
【００３５】
ある実装では、受信機は、受信機インピーダンスマッチングネットワークの少なくとも一部に結合されて、受信機の共振器を形成する、誘導コイルを備える。
【００３６】
第４の態様では、本開示は、本明細書に記載された主題が方法として実装され得ることを特徴とし、方法には、ワイヤレス電力送信機によって、ワイヤレス電力送信機の送信機ＩＭＮをチューニングして、目標送信機電力特性を達成する処理が含まれる。ワイヤレス電力送信機によって、送信機の電力を示す電力データが、ワイヤレス電力受信機に送信される。ワイヤレス電力受信機によって、電力データに基づいて、受信機ＩＭＮをチューニングして、ワイヤレス電力伝送システムの効率が向上させる。
【００３７】
第５の態様では、本開示は、送信機ＩＭＮを備える、ワイヤレス電力送信機を特徴とする。送信機は、送信機ＩＭＮをチューニングして、目標送信機電力特性を達成することと、送信機の電力を示す電力データをワイヤレス電力受信機に送信することが含まれる処理を実行するように構成される。
【００３８】
第６の態様では、本開示は、受信機ＩＭＮを備える、ワイヤレス電力受信機を特徴とする。受信機は、受信機ＩＭＮをチューニングして、ワイヤレス電力送信機から受信した電力データに基づいて、ワイヤレス電力伝送システムの効率を向上させることが含まれる処理を実行するように構成される。
【００３９】
第７の態様では、本開示は、電力送信機及び電力受信機を含む、ワイヤレス電力伝送システムを特徴とする。送信機は、送信機ＩＭＮをチューニングして、目標送信機電力特性を達成することと、送信機の電力を示す電力データを、ワイヤレス電力受信機に送信することを含む処理を実行するように構成される。受信機は、受信機ＩＭＮを備える。受信機は、ワイヤレス電力送信機から受信した電力データに基づいて、受信機ＩＭＮをチューニングして、ワイヤレス電力伝送システムの効率を向上させることを含む処理を実行するように構成される。
【００４０】
第５の態様及び第６の態様は、第７の態様のシステムなどのシステムにおいて、協働することができる。更に、これら及び第１の態様から第３の態様は、各々、以下の特徴の１つ以上を任意に含み得る。
【００４１】
ある実装では、目標送信機電力特性は目標電力係数であり、目標送信機電力特性は目標電力係数である。
【００４２】
ある実装では、力率は、送信機電圧と送信機電流との間の位相差によって表され、目標力率は目標位相差である。
【００４３】
ある実装では、処理には、送信機によって、インバータのバス電圧を調整して、目標電力の大きさを達成することが含まれる。
【００４４】
ある実装では、処理には、送信機によって、インバータのバス電圧を調整して、目標電力の大きさを達成することが含まれる。
【００４５】
ある実装では、処理には、送信機ＩＭＮを調整する前に、安全チェックを実行することが含まれる。また、ある実装では、安全チェックは、過電圧チェック又は過電流チェックである。
【００４６】
ある実装では、処理には、送信機によって、送信機電力の大きさのチェック、送信機力率のチェック、及びインバータの周波数のチェックを含み得る、複数のチェックを実行することと、複数のチェックに応答して、選択的にインバータの周波数を調整して、送信機の電力を調整することが、含まれる。
【００４７】
ある実装では、処理には、送信機電力の大きさのチェック、及び送信機のインバータの位相シフトのチェックを含み得る、複数のチェックを実行することと、複数のチェックに応答して、選択的にインバータの位相シフトを調整して、送信機の電力を調整することが、含まれる。
【００４８】
ある実装では、送信機は電気自動車の充電器であって、受信機は電気自動車の電力システムに結合されている。
【００４９】
ある実装では、処理には、送信機の起動中に、送信機ＩＭＮのリアクタンスを最大値に調整することが含まれる。
【００５０】
ある実装では、処理には、受信機の起動中に、受信機ＩＭＮのリアクタンスを最小値に調整することが含まれる。
【００５１】
ある実装では、送信機は、送信機インピーダンスマッチングネットワークの少なくとも一部に結合されて送信機の共振器を形成する、誘導コイルを含む。
【００５２】
ある実装では、受信機は、受信機インピーダンスマッチングネットワークの少なくとも一部に結合されて受信機の共振器を形成する、誘導コイルを含む。
【００５３】
第８の態様では、本開示は、電力伝送をチューニングするための制御ループを実施するように構成された、バス電圧制御を有さないワイヤレス電力伝送システムを特徴とする。制御ループは、ワイヤレス電力伝送システムの送信機の出力電力を制御する第１のサブループと、タンク回路をワイヤレス電力伝送システムの受信機の整流器に結合する、インダクタとキャパシタとの、合成リアクタンスをチューニングする第２のサブループとを含み、第２のサブループは、ワイヤレス電力伝送の効率を監視することによって、合成リアクタンスをチューニングする。更に、本実装及び他の実装は、それぞれ、以下の特徴の１つ以上を任意に含み得る。
【００５４】
ある実装では、第２のサブループは、摂動観測（perturb-and-observe）ストラテジを使用して、タンク回路をワイヤレス電力伝送システムの受信機の整流器に結合する、インダクタとキャパシタとの、合成リアクタンスをチューニングすることによって、前のポイントに基づいて効率を向上させる。
【００５５】
ある実装では、第２のサブループは、出力電力が制御ループの開始時点の目標電力と比較される、電力比較に依存する。
【００５６】
ある実装では、第２のサブループは、例えば４０Ｈｚの通信速度で動作する。
【００５７】
ある実装では、制御ループは、
【数１】
2019509707.tif 000003
式（1）
で特徴付けられる。ここで、Ｐｉｎｖは、ワイヤレス電力伝送システムの送信機のインバータからの電力で、Ｖｂｕｓは、バス電圧で、Ｒｉｎｖは、インバータから見た抵抗で、Ｘｉｎｖは、インバータから見たリアクタンスであって、チューニングは、Ｘｉｎｖが、インダクタとキャパシタとの合成リアクタンスと等しい場合に、行われる。
【００５８】
ある実装では、第１のサブループは、ワイヤレス電力送信システムの他の部分と通信しないローカルループである。
【００５９】
ある実装では、第１のサブループは、第２のサブループよりも速く、第１のサブループは、１〜１０ｋＨｚのオーダーである。
【００６０】
ある実装では、制御ループには、送信機リアクタンスを最大値に設定することと、受信機リアクタンスを最小値に設定することを含む、入力を準備することが含まれ、時間ゼロでのワイヤレス電力送信の効率は０であって、受信機リアクタンスは定数値又は変数値で変更され得る。
【００６１】
ある実装では、制御ループは、出力電力を目標電力と比較することによって開始する。また、ある実装では、出力電力が目標電力の許容誤差の範囲内にある場合に、時間ｎにおいて効率が測定され、時間ｎにおける効率は、前の時間ｎ−１における効率と比較され、時間ｎにおける効率が前の時間ｎ−１における効率よりも大きいとき、受信機リアクタンスの変化が受信機リアクタンスに加えられ、出力電力は目標電力と比較される。時間ｎにおける効率が前の時間ｎ−１における効率よりも小さい又は等しいとき、受信機のリアクタンスの変化は無効化され、無効化された変化は受信機のリアクタンスに加えられ、出力電力は目標電力と比較される。
【００６２】
ある実装では、出力電力が目標電力の許容誤差の範囲内にない場合、出力電力が目標電力よりも小さいか否かが判定され、出力電力が目標電力よりも小さいとき、送信機リアクタンスの変化は−δに設定され、送信機リアクタンスの変化が送信機リアクタンスに加えられ、出力電力は目標電力と比較される。出力電力が目標電力よりも大きいとき、送信機リアクタンスの変化はδに設定され、送信機リアクタンスの変化が送信機リアクタンスに加えられ、出力電力が目標電力と比較される。
【００６３】
第９の態様では、本開示は、電力伝送をチューニングするための制御ループを実装するように構成された、バス電圧制御を有するワイヤレス電力伝送システムを特徴とする。制御ループは、
【数２】
2019509707.tif 000004
式（２）
で定義されるように位相を制御する、第１のサブループと、出力電力を制御する、第２のサブループと、効率を監視することによって、タンク回路をワイヤレス電力伝送システムの受信機の整流器に結合する、インダクタとキャパシタとの、合成リアクタンスをチューニングする、第３のサブループと、を含む。
更に、本実装及び他の実装は、それぞれ、以下の特徴の１つ以上を任意に含み得る。
【００６４】
ある実装では、第３のサブループは、摂動観測ストラテジを使用して、インダクタとキャパシタとの合成リアクタンスをチューニングすることによって、前のポイントに基づいて効率を向上させる。
【００６５】
ある実装では、第３のサブループは、電力比較に依存し、第２のサブループに依存する。
【００６６】
ある実装では、第３のサブループは、例えば４０Ｈｚの通信速度（ＷｉＦｉの速度）で動作する。
【００６７】
ある実装では、制御ループは、
【数３】
2019509707.tif 000005
式（３）
で特徴付けられる。ここで、Ｐｉｎｖは、ワイヤレス電力伝送システムの送信機のインバータからの電力の出力で、Ｖｂｕｓは、バス電圧で、Ｒｉｎｖは、インバータから見た抵抗で、Ｘｉｎｖは、インバータから見たリアクタンスであって、チューニングは、Ｖｂｕｓ及びＸ３＝Ｘｉｎｖにおいて、行われる。
【００６８】
ある実装では、第１のサブループがまず調整され、第２のサブループが次に調整され、第３のサブループが続いて調整される。
【００６９】
ある実装では、第１のサブループは、１〜１０ｋＨｚのオーダーで動作する。
【００７０】
ある実装では、第１のサブループはローカルループであって、ワイヤレス電力伝送システムの他の部分と通信しない。
【００７１】
ある実装では、第２のサブループはローカルループであり、ワイヤレス電力伝送システムの他の部分と通信しない。
【００７２】
ある実装では、第２のサブループは、１〜１０ｋＨｚのオーダーで動作する。
【００７３】
ある実装では、制御ループには、送信機リアクタンスを最大値に設定することと、受信機リアクタンスを最小値に設定することを含む、入力を準備することが含まれ、時間ゼロでのワイヤレス電力送信の効率は０であって、受信機リアクタンスは増加し、送信機リアクタンスは増加し、バス電圧は増加し、位相は増加する。
【００７４】
ある実装では、制御ループには、インバータで測定された位相を目標位相と比較することが含まれ、インバータで測定された位相が目標位相と等しい場合、出力電力が目標電力と比較される。
【００７５】
ある実装では、第３のサブループは、出力電力が目標電力に等しい場合に発生し、時間ｎにおける効率を測定することと、時間ｎにおける効率を前の時間ｎ−１における効率と比較することを含み、時間ｎにおける効率が前の時間ｎ−１における効率よりも大きいとき、受信機リアクタンスが増加される。時間ｎにおける効率が前の時間ｎ−１における効率よりも小さい又は等しいとき、受信機リアクタンスの変化は無効化され、無効化された値は、受信機リアクタンスに加えられる。
【００７６】
ある実装では、第２のサブループは、出力電力が目標電力と等しくない場合に発生し、出力電力が目標電力よりも小さいとき、バス電圧を増加させることと、出力電力が目標電力よりも大きいとき、バス電力を低減させることを含む。
【００７７】
ある実装では、第１のサブループは、インバータで測定された位相が目標位相と等しくない場合に発生し、インバータで測定された位相が目標位相よりも大きいとき、受信機リアクタンスを最小受信機リアクタンスと比較すること、受信機リアクタンスが最小受信機リアクタンスと等しければ、出力電力を目標電力と比較すること、受信機リアクタンスが最小受信機リアクタンスと等しくなければ、送信機リアクタンスを減少させること、インバータで測定された位相が目標位相よりも小さいとき、受信機リアクタンスを最大受信機リアクタンスと比較すること、受信機リアクタンスが最大受信機リアクタンスと等しければ、出力電力を目標電力と比較すること、及び受信機リアクタンスが最大受信機リアクタンスと等しくなければ、送信機リアクタンスを増加させることを含む。
【００７８】
本明細書に記載された主題の特定の実装は、以下の利点のうちの１つ以上を実現するように実装され得る。実装は、ワイヤレス電力伝送システムの処理効率を向上させ得る。実装は、ワイヤレス電力伝送システムの信頼性を向上させ得る。実装は、多岐に渡る条件において動作するワイヤレス電力伝送システムのロバスト性を向上させ得る。実装は、多くの条件において高い電力伝送レベルを達成するように性能を向上させ得る。
【００７９】
開示された装置、回路、及びシステムの実施形態は、他の実施形態との組み合わせ、及び適切な任意の組み合わせによって開示された特徴を含む、本明細書で開示された他の特徴のいずれかを含み得る。
【００８０】
本明細書に記載された主題の１つ以上の実装の詳細は、添付の図面及び以下の詳細な説明に記載されている。本主題の他の特徴、態様、及び利点は、詳細な説明、図面、及び特許請求の範囲から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】図１Ａ及び図１Ｂは、例示的なワイヤレス電力伝送システムの図を示す。
【図２】図２Ａ〜図２Ｄは、例示的なワイヤレス電力伝送システムにおける受信機Ｘ３のチューニングの影響に関するプロットを示す。
【図３】図３は、ワイヤレス電力伝送システムを制御するための例示的な制御プロセスのフローチャートを示す。
【図４】図４は、ワイヤレス電力送信システムを制御するための他の例示的な制御プロセスのフローチャートを示す。
【図５】図５Ａ〜図５Ｃは、ワイヤレス電力伝送システムをチューニングするための制御ループを制御させるための例示的な制御プロセスの、更に詳細なフローチャートを示す。
【図６】図６Ａは、ワイヤレス電力伝送制御システムのための例示的な起動プロセスのフローチャートを示す。図６Ｂは、ワイヤレス電力伝送制御システムのための例示的なシャットダウンプロセスのフローチャートを示す。
【００８２】
様々な図面における同様の参照番号及び名称は、同様の要素を示す。
【００８３】
（発明の詳細な説明）
本明細書に記載されたワイヤレス電力伝送システムは、多岐に渡る様々な共振器及び共振物体を使用して実施され得る。当業者であれば分かるように、共振器ベースの電力伝送のための重要な考察には、共振器の品質係数及び共振器結合が含まれる。
結合モード理論（ＣＭＴ、coupled mode theory）、結合係数及び結合要素、品質係数（Ｑ値ともよばれる）、並びにインピーダンスマッチングなどの、上述した論点の広範な議論は、例えば、２０１２年７月１９日に米国特許出願公開２０１２／０１８４３３８号として公開された米国特許出願第１３／４２８，１４２号、２０１３年２月７日に米国特許出願公開２０１３／００３３１１８号として公開された米国特許出願第１３／５６７，８９３号、２０１４年４月２４日に米国特許出願公開２０１４／０１１１０１９号として公開された米国特許出願第１４／０５９，０９４号に記載されている。これらの出願の各々の全内容は、参照により本明細書に組み込まれるものとする。
【００８４】
ワイヤレス電力伝送などのいくつかの適用例では、ワイヤレス電力供給源及び装置によって見られるインピーダンスは動的に変化し得る。これらの適用例では、不必要な電力損失及び過剰な熱を防止するために、装置共振器コイルと負荷との間の、及びソース共振器コイルと電源との間のインピーダンスマッチングが求められ得る。共振器コイルが受けるインピーダンスは動的となるような場合には、変化するインピーダンスをマッチングして、システムの性能を向上させる、動的インピーダンスマッチングネットワークが設けられ得る。ワイヤレス電力システムにおける電力供給の場合、電力供給によって見られるインピーダンスは、電力を受ける負荷（例えば、バッテリ又はバッテリ充電回路）の変化、及び（例えば、ソース共振器と装置共振器との相対的位置の変化によって生じる）供給源と装置との間の結合の変化によって、大きく変化し得る。同様に、装置共振器が受けるインピーダンスも、電力を受ける負荷の変化によって動的に変化し得る。更に、装置共振器に対する所望のインピーダンスマッチングは、異なる結合条件及び／又は電源条件に応じて異なり得る。従って、高度共振ワイヤレス電力伝送を介して電力を転送及び／又は受信する電力伝送システムが、例えばインピーダンスマッチングネットワークを構成又は変更して、効率的な電力伝送を維持するために、求められ得る。本開示の実装は、高出力車両充電システムなどの、高度共振無線電力伝送（ＨＲＷＰＴ、highly-resonant wireless power transfer）システムにおいて起こり得る条件の全範囲にわたって効率的な制御を可能にする、起動、シャットダウン、及び定常状態の制御処理を提供する。
【００８５】
図１Ａ及び図１Ｂは、例示的なワイヤレス電力伝送システム１００の図を示す。図１Ａを参照して、システム１００は、ワイヤレス電力送信機１０２及びワイヤレス電力受信機１０４を含む。ワイヤレスで電力を供給され、或いはワイヤレスで充電される装置１１２が、受信機１０４に結合される。ワイヤレスで電力を供給され、或いはワイヤレスで充電される装置１１２には、例えば、電気自動車などの高電力装置、或いはラップトップパソコン、スマートフォン、タブレット、並びにデスクトップ、テーブルトップ、バートップ、及びその他の種類の表面上に一般に設置される他のモバイル電子装置などの電子機器が、含まれ得る。
【００８６】
説明のために、ワイヤレス電力伝送システム１００は、電気自動車のためのワイヤレス充電システムに関するものとして説明する。例えば、システム１００は、広範囲の結合係数ｋ、負荷条件（電池電圧など）、及び共振器のインダクタンスを狂わせる環境条件（例えば、空間的な変化、干渉物）において動作することが求められるＨＲＷＰＴシステムであってもよい。更に、電気自動車のワイヤレス充電を実行するために、システム１００は、高電圧（例えば３６０Ｖから８００Ｖの間）及び高電流（例えば２６Ａから４０Ａの間）にて動作して、適切な電力の範囲（例えば、０から３．７ｋＷ、０から７．７ｋＷ、０から１１ｋＷ、或いは０から２２ｋＷ）を達成することが求められ得る。
【００８７】
ワイヤレス電力送信機１０２は、外部電源（例えば、電力網又は発電機）からの電力を、共振器１０８Ｔ及び１０８Ｒの間でワイヤレス電力受信機１０４に送信される、電磁エネルギーに変換する。受信機１０４は、共振器１０８Ｒにて受信した振動エネルギーを、装置１１２による使用（例えば、電気自動車のバッテリの充電）のために適切な形態に変換する。より具体的には、受信機の電力制御回路１１０は、装置１１２に対して適切な電圧及び電流のパラメータを用いて、共振器１０８ＲからのＡＣ電圧及び電流を、ＤＣ電力に変換し得る。
【００８８】
送信機の電力制御回路１０６は、ソース電子機器を電源から絶縁するための回路及び構成要素を含むことができるので、反射された電力又は信号はソース入力端子を介して外部と結合されない。ソース電力制御回路１０６は、１０ｋＨｚより大きく１００ＭＨｚより小さい（例えば、８５ｋＨｚ）の周波数などで、交流電流でソース共振器１０８Ｓを駆動させ得る。ソース電力制御回路１０６は、例えば、力率補正（ＰＦＣ）回路、送信機コントローラ、インピーダンスマッチング回路、電力インバータ、ＤＣ／ＤＣコンバータ、ＡＣ／ＤＣコンバータ、電力増幅器、又はそれらの任意の組み合わせを含み得る。
【００８９】
受信機の電力制御回路１１０は、受信機の共振器１０８Ｒからの交流電力を、１つ以上の装置１１２に給電又は充電するのに適した、安定した直流電力に変換するように設計され得る。例えば、受信機の電力制御回路１１０は、共振器１０８Ｒからの１つの周波数（例えば、８５ｋＨｚ）の交流電力を、１つ以上の装置１１２に給電又は充電するのに適した、異なる周波数の交流電力に変換するように設計され得る。受信機の電力制御回路１１０は、例えば、受信機コントローラ、インピーダンスマッチング回路、整流回路、電圧制限回路、電流制限回路、ＡＣ／ＤＣコンバータ回路、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路、ＤＣ／ＡＣ回路、ＡＣ／ＡＣ変換回路、及びバッテリ充電制御回路を含み得る。
【００９０】
送信機１０２及び受信機１０４は、例えば動的インピーダンスマッチング回路などの、ソース及び装置共振器の処理、並びに電力移動の効率に影響を及ぼす可能性のある、可変の環境条件、摂動及び負荷条件を補償するために処理点の調整を可能にする、チューニング能力を有し得る。チューニング能力は自動的に制御されることができ、連続的に、定期的に、断続的に、又はスケジューリングされた時間若しくは間隔で、実行されることができる。ある実施形態では、チューニングは、以下でより詳細に説明するように、送信機１０２と受信機１０４との間で同期して実行される。
【００９１】
図１Ｂに、送信機１０２及び受信機１０４の電力制御回路１０６及び１１０をより詳細に示す。図１Ａ及び図１Ｂに示すように、送信機１０２は、送信機インピーダンスマッチングネットワーク（ＩＭＮ）１２４に電力を供給するインバータ１２２と、インバータ１２２の処理を制御し、送信機ＩＭＮ１２４をチューニングするコントローラ１２５とを備える。送信機ＩＭＮ１２４は、共振器コイル１０８Ｔと結合される。受信機１０４は、共振器１０８Ｒに結合される受信機ＩＭＮ１２６、整流器１２８、及び受信機ＩＭＮ１２６をチューニングすることができるコントローラ１２９を備える。処理中、インバータ１２２は送信機ＩＭＮ１２４を介して共振器１０８Ｔに電力を供給する。共振器１０８Ｔは、結合定数ｋを用いて振動電磁エネルギーを共振器１０８Ｒに結合する。共振器１０８Ｒによって受信された電力は、受信機ＩＭＮ１２６を介して整流器１０８に送信され、整流器１０８は、電力を装置１１２による使用のための適切な形式に変換する。
【００９２】
送信機コントローラ１２５及び受信機コントローラ１２９は、プロセッサ又はマイクロコントローラとして実装され得る。ある実施形態では、送信機コントローラ１２５及び受信機コントローラ１２９は、ＡＳＩＣ又はＦＰＧＡコントローラとして実装されてもよい。送信機コントローラ１２５及び受信機コントローラ１２９は、同じ形式で実装される必要はない。例えば、送信機コントローラ１２５は、マイクロコントローラとして実装され、受信機コントローラ１２９は、ＡＳＩＣコントローラとして実装されてもよい。
【００９３】
送信機１０２はまた、送信機処理パラメータを測定するための電圧、電流、及び電力センサなどの複数のセンサを含む。送信機コントローラ１２５は、センサからの測定値を使用して、送信機１０２の処理を制御し、送信機ＩＭＮ１２４をチューニングし得る。センサによって測定される送信機処理パラメータには、インバータのバス電圧（Ｖｂｕｓ）、送信機入力電力、インバータのＡＣ電圧（ＶＡＣ）、インバータのＡＣ電流（ＩＡＣ）、送信機力率（ｐｆ）、並びに安全チェック（safety check）に用いられる他の電圧及び電流、が含まれ得るが、これらに限定されない。ある実施形態では、送信機入力電力は、送信機ＰＦＣ回路へのＡＣ入力で測定される。また、ある実施形態では、図１Ｂに示すように、送信機入力電力は、インバータ電力（Ｐｉｎ）として測定される。ある実施形態では、インバータ電力（Ｐｉｎ）は、インバータ１２２のＤＣ入力で測定される。また、ある実施形態では、インバータ電力（Ｐｉｎ）は、インバータ１２２のＡＣ出力で測定される。送信機電力係数は、インバータのＡＣ電圧（ＶＡＣ）とインバータのＡＣ電流（ＩＡＣ）との間の位相差（φ）として測定され、力率は位相差（φ）のコサインとなる。ある実施形態では、位相差（φ）は、力率の代理として使用され得る。すなわち、送信機コントローラ１２５は、実際の力率値を計算する代わりに、位相差（φ）に基づいて処理を実行し得る。ある実施形態では、送信機力率（ｐｆ）は、インバータの出力に見られる等価抵抗値及びリアクタンス値に基づいて計算できます。例えば、位相差（φ）は、
【数４】
2019509707.tif 000006
式（４）
で表される。
【００９４】
受信機１０４はまた、受信機処理パラメータを測定するための電圧、電流、及び電力センサなどの複数のセンサを含む。受信機コントローラ１２９は、センサからの測定値を使用して、受信機１０４の処理を制御し、受信機ＩＭＮ１２６をチューニングし得る。センサによって測定される受信機処理パラメータには、受信機出力電力（Ｐｏｕｔ）、整流器のＡＣ電圧、整流器のＡＣ電流、整流器のＤＣ電圧、整流器のＤＣ電流、並びに安全チェックに用いられる他の電圧及び電流、が含まれ得るが、これらに限定されない。
【００９５】
送信機ＩＭＮ１２４及び受信機ＩＭＮ１２６は、それぞれ、抵抗器、キャパシタ、インダクタ、又はそれらの組み合わせなどの、複数の固定及び可変のインピーダンスマッチングの構成要素を含み得る。可変インピーダンス構成要素は、可変でリアクティブなインピーダンス構成要素であって、ＰＷＭスイッチングキャパシタ、無線周波数（ＲＦ）における実効キャパシタンスがＤＣバイアス電場によって制御される無線周波数（ＲＦ）制御キャパシタ、温度制御キャパシタ、ＰＷＭスイッチングインダクタ、実効インダクタンスがバイアスＤＣ電界（例えば、可飽和コア）によって制御されるＤＣ制御インダクタ，温度制御インダクタ、スイッチによって回路の内外にスイッチングされるリアクタンス素子のアレイ、又はそれらの組み合わせを含み得るが、これらに限定されない、チューニング可能なリアクタンスインピーダンス構成要素であってもよい。
【００９６】
図示の例では、送信機ＩＭＮ１２４は、直列キャパシタ１３２、並列キャパシタ１３４、及びキャパシタ１３６とインダクタ１３８との組み合わせを、インバータ１２２の出力部分に備える。キャパシタ１３６は可変キャパシタであって、１つ以上の可変キャパシタを含み得る。トランジスタ共振器コイル１０８Ｔの抵抗成分は、抵抗１４０によって表される。
【００９７】
受信機ＩＭＮ１２６は、直列キャパシタ１４４、並列キャパシタ１４６、及びキャパシタ１４８とインダクタ１５０との組み合わせを、整流器１２８の入力部分に備える。キャパシタ１４８は可変キャパシタであって、１つ以上の可変キャパシタを含み得る。受信機共振器コイル１０８Ｒの抵抗成分は、抵抗１５２によって表される。
【００９８】
ＩＭＮ１２４及びＩＭＮ１２６は、特定のアプリケーションのニーズを満たすインピーダンスを有する様々な構成要素を用いた、広い範囲の回路実装を有し得る。例えば、Ｋｅｓｌｅｒ氏等による米国特許第８，４６１，７１９号は、その全体が参照により本明細書に組み込まれ、図２８ａ〜図３７ｂ等に、様々なチューニング可能なインピーダンスネットワーク構成が開示される。ある実施形態では、図１Ｂに示される各構成要素は、ネットワーク又は構成要素のグループを表し得る。
【００９９】
ＩＭＮ１２４及びＩＭＮ１２６の各々は、直列リアクタンスＸ１（例えば、キャパシタ１３２又は１４４）、並列リアクタンスＸ２（例えば、キャパシタ１３４又は１４６）、及びインバータ出力／整流器入力リアクタンスＸ３（インダクタ１３８又は１５０とキャパシタ１３６又は１４８との間の合成リアクタンス）の３つのリアクタンスを含む。受信機ＩＭＮ１２６のリアクタンスＸ１〜Ｘ３は、送信機ＩＭＮ１２４の対応するリアクタンスＸ１〜Ｘ３を反映する。リアクタンスＸ３は、チューニング可能なリアクタンスの構成要素、すなわちキャパシタ１３６及び１４８を含むものとして示されている唯一のリアクタンスであるが、他の実施形態では、リアクタンスＸ１及びＸ２も、リアクタンスＸ３のチューニング可能なリアクタンス構成要素に加えて、又はその代わりにチューニング可能なリアクタンス構成要素を含み得る。言い換えれば、ＩＭＮ１２４及びＩＭＮ１２６は、リアクタンスＸ１〜Ｘ３のいずれか１つ以上をチューニングすることによって、チューニングされ得る。ある実施形態では、リアクタンスＸ１及びＸ３を構成する構成要素のバランスを取り得る。
【０１００】
リアクタンスＸ１、Ｘ２、Ｘ３、又はそれらの組み合わせの何れもがチューニング可能であるが、ある実施形態では、リアクタンスＸ３をチューニングすることが有利となり得る。例えば、リアクタンスＸ３をチューニングすることによって、ＩＭＮ内の単一の構成要素をチューニングするだけで十分であれば、システムの複雑さ及びコストを低減することができる。リアクタンスＸ３をチューニングすることにより、Ｘ３素子を流れる電流を、Ｘ１、Ｘ２、及び共振器コイルによって形成されるタンク回路を流れる電流よりも大幅に少なくすることができる。このように電流が少なくなることによって、例えば、それらの構成要素に必要とされる電流定格を低減させて、チューニング可能な構成要素の実装をより費用対効果の高いものにすることができる。更に、電流が少なくなることによって、Ｘ３における素子のチューニングによる、損失を低減することができる。
【０１０１】
ある実施形態では、チューニング可能なリアクタンス素子（例えば、ＰＷＭ制御キャパシタ）は、調波ノイズ（harmonic noise）をＨＲＷＰＴシステムに注入することができる。ＥＭＩコンプライアンスを助けるために、この調波ノイズを主なＨＲＷＰＴ共振器コイル（例えば、１０８Ｔ及び１０８Ｒ）から遠ざけることが望ましい場合がある。Ｘ３でチューニング可能な素子によって注入された高調波は、インバータ及び整流器によって生成されるものよりも抑制され、共振器コイル１０８Ｔ又は１０８Ｒに達する前に、残りのＨＲＷＰＴ回路によって著しく抑制され得る。
【０１０２】
Ｘ３にチューニング可能な素子（例えば、ＰＷＭ制御キャパシタ）を有する、ある実施形態では、チューニング可能な素子は、システムの残りの部分の全体的な効率が最も低い場合には、最小量の電力（理論的にはゼロ）を散逸させ、残りの部分の全体的な効率が最も高い場合には、最大量の電力を散逸させる。これは、最大効率にわずかにしか影響を与えずに、システムの最小及び平均効率を最適化する望ましい効果を有する。しかし、Ｘ１又はＸ２の素子をチューニングすることは、反対の、あまり望ましくない効果を生じ得る。
【０１０３】
Ｘ１及びＸ２の固定リアクタンスとＸ３のベースリアクタンス値は、図２Ａ〜図２Ｄに示す結果を達成するために選択されることができ、これを以下に説明する。例えば、Ｘ１とＸ２の値は、次のようにして判定され得る。１）Ｘ３を含む回路分岐を流れる最大電流と、チューニング可能なリアクタンス素子の実装にて使用される構成要素の電流定格及び電圧定格とに基づいて達成できるリアクティブ・チューニングの最大範囲を判定する。例えば、単一段階のリアクタンス素子が２０Ωのリアクティブ・チューニングに影響を与え得ると結論づけてもよい。２）受信機側ＩＭＮに対して、Ｘ１、Ｘ２、及びＸ３のベース値を最適化して、共振器の相対的な位置（及び負荷条件）の範囲にわたってコイル−コイル間の効率を最適化し、及び／又は、共振器内で消費される電力の量がステップ１で判定されたリアクタンスの範囲に基づいて指定された制限値より下に留まるようにする。３）送信機側ＩＭＮに対して、Ｘ１、Ｘ２、及びＸ３のベース値を最適化して、インバータに望ましい実効インピーダンスを与える（例えば、クラスＤインバータのゼロ電圧スイッチングを実現するには十分に誘導性であるが、過大な無効電流が存在する場合でも過度に導電性ではなく、実際に達成され得るバス電圧の範囲内に入る大きさを有する）。
【０１０４】
図２Ａ〜図２Ｄは、受信機Ｘ３のチューニングの影響に関するプロットを示す。図２Ａは、（負荷に対してＷ／ｋＷで示される）ソース（送信機）共振器電力損失を、品質係数比
【数５】
2019509707.tif 000007
式（５）
であって、ここで、
【数６】
2019509707.tif 000008
式（６）
は、無装荷（unloaded）の装置（受信機）の共振器の品質係数であり、
【数７】
2019509707.tif 000009
式（７）
は、装荷（loaded）の装置の共振器（装荷は、残りの装置回路及び負荷の装荷を含む）の品質係数である品質係数比と、性能指数
【数８】
2019509707.tif 000010
式（８）
との関数で示す。図２Ａは、性能指数が送信機共振器での損失において、支配的な役割を果たすことを示している。
【０１０５】
図２Ｂは、（負荷に対してＷ／ｋＷで示される）装置共振器電力損失を、品質係数比
【数９】
2019509707.tif 000011
式（９）
であって、ここで、
【数１０】
2019509707.tif 000012
式（１０）
は、無装荷の装置の共振器の品質係数であり、
【数１１】
2019509707.tif 000013
式（１１）
は、装荷の装置の共振器（装荷は、残りの装置回路及び負荷の装荷を含む）の品質係数である品質係数比と、性能指数
【数１２】
2019509707.tif 000014
式（１２）
との関数で示す。図２Ｂは、品質係数比が受信機共振器での損失において、支配的な役割を果たすことを示している。
【０１０６】
図２Ｃは、動作周波数８４ｋＨｚにおける装置性能指数Ｕｄを、位置Ｘ３でのリアクタンスｄＸ（単位はオーム）及び負荷抵抗ＲＬ（単位はオーム）の変化の関数として示す。性能指数Ｕｄは、
【数１３】
2019509707.tif 000015
式（１３）
で定義される。ここで、ＲＬ，ｅｑは、装置の共振器の（整流器、及びバッテリなどの、装置の電子回路による）装荷の等価直列抵抗（ＥＳＲ）であって、Ｒｄは、装置の共振器の無装荷のＥＳＲである。Ｕｄがシステムの性能指数Ｕと等しく設定されると、コイル対コイルの効率が最大となり得る。
【０１０７】
図２Ｄは、８４ｋＨｚの動作周波数における位相ψ（単位は度）を、リアクタンス（単位はオーム）及び負荷抵抗（単位はオーム）の変化の関数として示す。位相ψは、
【数１４】
2019509707.tif 000016
式（１４）
で定義される。ここで、
【数１５】
2019509707.tif 000017
式（１５）
は、動作周波数で装荷の装置共振器の残留リアクタンスである。位相ψ＝０は、装荷の装置共振器が共振状態にあることを意味する。
【０１０８】
図２Ｃ及び図２Ｄの台形の点線の輪郭２０２は、ワイヤレス電力伝送受信機の動作範囲を示す。図２Ｄの輪郭２０２は、１１ｋＷの出力で動作するワイヤレス電力伝送システムで見られるＲＬの範囲を示す。例えば、ＲＬ＝１０Ωの場合、図２Ｃに示すように、ＲＬ＝１０ΩでのｄＸの範囲で、Ｘ３をチューニングする重要な能力があり、ψ＝０の曲線のＲＬ＝１０Ωへの近似によって図２Ｄに示されるように、ほぼ共振を維持している（又は共振器の離調を回避している）。
【０１０９】
再び図１Ｂを参照すると、コントローラ１２５及び１２９は、ＩＭＮ１２４及び１２６を同期的にチューニングして、それぞれ、システム１００が輪郭２０２のような好ましい動作範囲で動作するように維持する。例示的な実施形態では、コントローラ１２５及び１２９は、電気自動車などの装置１１２に安全かつ効率的に電力を転送するために、以下に説明するプロセスを実行して、送信機及び受信機のＩＭＮ１２４及び１２６のリアクタンスＸ３を同期的にチューニングする。例えば、コントローラ１２５及び１２９は、帯域外通信チャネルで電子通信を行うためにワイヤレス通信インタフェースを含み得る。コントローラ１２５と１２９との間の通信には、ＲＦ通信（例えば、ＷｉＦｉ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ、Ｚｉｇｂｅｅ）、光通信、赤外線通信、超音波通信、又はそれらの組み合わせが含まれ得るが、これらに限定されない。
【０１１０】
例えば、図３〜図５Ｃを参照して以下でより詳細に説明するように、コントローラ１２５は、送信機ＩＭＮ１２４をチューニングして、送信機１０２の目標電力特性を達成することができ、コントローラ１２９は、受信機ＩＭＮ１２６をチューニングして、目標システム効率を達成することができる。送信機コントローラ１２５は、ＩＭＮ１２４を調整して、送信機１０２の目標電力特性を達成して維持する。送信機コントローラ１２５は、入力電力データを受信機コントローラ１２９に送信する。受信機コントローラ１２９は、受信機１０４の出力電力を測定して、入力電力データと共に、システム１００の効率を算出する。受信機コントローラ１２９は、受信機ＩＭＮ１２６をチューニングして、システム効率を最大にする。例えば、受信機コントローラ１２９は、２つの異なる時間において計算された効率値の比較に基づいて、受信機ＩＭＮ１２６に対する適切な調整を判定する。
【０１１１】
ある実施形態では、送信機コントローラ１２５は、受信機コントローラ１２９よりも早い速度で動作する。つまり、送信機コントローラ１２５は、受信機コントローラ１２９が受信機ＩＭＮ１２６をチューニングするよりも速い速度で送信機ＩＭＮ１２４をチューニングすることができる。例えば、受信機コントローラ１２９は、送信機コントローラ１２５からの新しい入力電力データを受信するのと同じ速度で受信機ＩＭＮ１２６をチューニングすることのみを許可されてもよい。
【０１１２】
図３は、ワイヤレス電力伝送システムを動作させるための例示的な制御プロセス３００のフローチャートを示す。ある例では、例示的なプロセス３００は、１つ以上の処理装置（例えば、プロセッサ又はマイクロコントローラ）又は計算装置を使用して実行されるコンピュータ実行可能命令として提供され得る。ある例では、プロセス３００は、ハードウェアとして組み込まれた電気回路によって、例えばＡＳＩＣ又はＦＰＧＡコントローラとして実行されてもよい。
【０１１３】
プロセス３００の一部は、ワイヤレス電力送信機１０２（例えば、送信機コントローラ１２５）によって実行され、プロセス３００の一部は、ワイヤレス電力受信機１０４（例えば、受信機コントローラ１２９）によって実行される。プロセス３００は、２つの制御ループ３０３及び３０５を含む。ループ３０３は、送信機１０２によって実行され、リアクタンスＸ３を調整することによって送信機ＩＭＮ１２４をチューニングして、送信機電力を制御する。ある実施形態では、ループ３０３は、実行されるべき他の装置（例えば、受信機１０４）との通信を必要としないローカルループである。また、ある実施形態では、ループ３０３は、送信機によって１〜１０ｋＨｚで実行される。ループ３０３は、
【数１６】
2019509707.tif 000018
式（１６）
で特徴付けることができる。ここで、Ｐｉは、インバータの電力、Ｖｂｕｓは、インバータ１２２のＤＣバス電圧、Ｒｉｎｖは、インバータから見た実効抵抗、Ｘｉｎｖは、インバータから見た実効リアクタンスである。
【０１１４】
ループ３０５は、システム効率に基づいて受信機ＩＭＮ１２６をチューニングするために受信機１０４によって実行される。例えば、ループ３０５は、「摂動観測（perturb-and-observe）」ストラテジを使用して、受信機ＩＭＮ１２６のリアクタンスＸ３を調整することによって効率を向上し、連続するイテレーションにわたって効率を継続的に向上することができる。ループ３０５は、各イテレーションにおいて、送信機１０２からの入力電力データに依存して、システム効率を計算する。ある実施形態では、ループ３０５は、例えば４０Ｈｚの、送信機１０２と受信機１０４との間の通信速度で処理する。
【０１１５】
ブロック３０２は、最大リアクタンス値Ｘｔｘ，ｍａｘを設定された、可変送信機リアクタンスＸｔｘ（例えば、送信機ＩＭＮ１２４のＸ３）と、最小リアクタンス値Ｘｒｘ，ｍｉｎを設定された、可変受信機リアクタンスＸｒｘ（例えば、受信機ＩＭＮ１２６のＸ３）と、最初にゼロを設定されたシステム効率ηと、δの調整値を設定された、送信機リアクタンスステップサイズΔＸｔｘと、εの調整値を設定された、受信機リアクタンスステップサイズΔＸｒｘと、を含むプロセス３００の入力及び初期条件を列挙している。ある実施形態では、リアクタンスステップサイズΔＸｔｘ及びΔＸｒｘは定数値である。また、ある実施形態では、リアクタンスステップサイズΔＸｔｘ及びΔＸｒｘは変数である。例えば、コントローラ１２５又はコントローラ１２９は、プロセス３００の間に、それぞれのステップサイズの大きさを動的に増加又は減少させ得る。
【０１１６】
プロセス３００は、ステップ３０４で開始する。ステップ３０６では、送信機１０２の電力が測定される。送信機コントローラ１２５は、入力電力Ｐｉｎを測定し、ステップ３０６において、入力電力Ｐｉｎを目標電力レベルＰｔａｒｇｅｔと比較する。ＰｉｎがＰｔａｒｇｅｔに等しい場合、プロセス３００はループ３０５のステップ３０８に進む。ＰｉｎがＰｔａｒｇｅｔに等しくない場合、プロセス３００はループ３０３のステップ３１６に進む。ある実施形態又はある処理モードでは、目標電力レベルは、送信機１０２によって設定される。ある実施形態又はある処理モードでは、目標電力レベルは、受信機１０４によって設定される。例えば、定常状態の処理（例えば、起動シーケンス又はシャットダウンシーケンス以外の通常の処理）において、システム１００は、要求ベースシステムとして処理することができる。例えば、受信機１０４は、送信機１０２からの電力レベルを要求することができる。送信機コントローラ１２５は、受信機１０４からの要求電力レベルに基づいて、目標入力電力レベルを計算することができる。例えば、送信機コントローラ１２５は、要求電力を、（ＩＭＮ損失及びインバータ損失等の）送信機における予想損失を考慮した、要求電力レベルを送信するために必要とされる、目標入力電力レベルに変換することができる。
【０１１７】
最初に送信機側ループである、ループ３０３を参照すると、送信機の入力電力（例えば、インバータ電力）が目標電力と等しくない場合、ステップ３１６において、送信機コントローラ１２５は、入力電力を目標電力レベルと比較して、入力電力が目標電力レベルよりも小さいか否かを判定する。ＰｉｎがＰｔａｒｇｅｔよりも小さい場合、ステップ３１８において、送信機コントローラ１２５は、送信機リアクタンスステップサイズΔＸｔｘを、負の調整値に設定して、ステップ３２０において、可変送信機リアクタンスＸｔｘを減少させる。ＰｉｎがＰｔａｒｇｅｔより小さくない場合、ステップ３２２において、送信機コントローラ１２５は、送信機リアクタンスステップサイズΔＸｔｘを正の調整値に設定して、ステップ３２０において、可変送信機リアクタンスＸｔｘを増加させる。ある実施形態では、リアクタンス調整値δの大きさは可変である。例えば、ＰｉｎとＰｔａｒｇｅｔとの差が大きい場合、例えば、粗調整閾値よりも大きい場合、送信機コントローラ１２５は、リアクタンス調整値δの大きさを増加させ得る。これに対応して、ＰｉｎとＰｔａｒｇｅｔとの間の差が小さい場合、例えば微調整閾値よりも小さい場合、送信機コントローラ１２５は、リアクタンス調整値δの大きさを減少させ得る。可変送信機リアクタンスＸｔｘがステップ３２０で調整された後、ループ３０３はステップ３０６に戻り、そこで入力電力は目標電力レベルと再び比較される。
【０１１８】
受信機側ループである、ループ３０５を参照すると、ステップ３０８において、送信機の入力電力が目標電力と等しい場合、受信機コントローラ１２９は、システム１００の効率を測定する。例えば、ＰｉｎがＰｔａｒｇｅｔと等しい場合、送信機は、Ｐｉｎの測定値を示すデータを受信機１０４に送信することができる。（測定された送信機電力は、浮動小数点数で表すことができるため、目標電力と厳密には等しくないこともあるが、予め設定された許容誤差の範囲内で同等であってもよい。）受信機コントローラ１２９は、受信機の出力電力を測定し、受信した送信機電力データ及び測定された受信機出力電力値に基づいて、時間ｎにおけるシステム効率η（ｎ）を計算する。
【０１１９】
ステップ３１０において、受信機コントローラ１２９は、時間ｎにおいて計算されたシステム効率を、前の時間ｎ−１において計算されたシステム効率と比較する。時間ｎにおける効率が時間ｎ−１における効率よりも大きい場合、ステップ３１２において、可変受信機リアクタンスＸｒｘは、受信機リアクタンスステップサイズΔＸｒｘによって調整される。例えば、受信機リアクタンスの変化ΔＸｒｘが可変受信機リアクタンスＸｒｘに加えられる。時間ｎにおける効率が時間ｎ−１における効率よりも大きくない場合、ステップ３１４において、受信機コントローラ１２９は、ステップ３１２において可変受信機リアクタンスＸｒｘを調整する前に、受信機リアクタンスステップサイズΔＸｒｘの符号を変更する。例えば、受信機リアクタンスの変化値εは無効にされ得る。例えば、可変受信機リアクタンスＸｒｘの調整の方向は、効率がもはやループ３０５の後続のイテレーションと間で増加しなくなったときに交換される。ループ３０５によって示されるように、可変受信機リアクタンスＸｒｘの調整の方向は、効率が再び低下し、それにより、略最大システム効率が維持されるまで、ループ３０５の後続のイテレーションで維持される。
【０１２０】
ある実施形態では、リアクタンス調整値εの大きさを変えることができる。例えば、時間ｎにおける効率が粗調整閾値より小さい場合（例えば、システム起動直後）、受信機コントローラ１２９は、リアクタンス調整値εの大きさを増加させることができる。これに対応して、時間ｎにおける効率が、例えば推定された最大値の微調整閾値内である等、推定された最大値に近い場合、受信機コントローラ１２９は、リアクタンス調整値εの大きさを減少させることができる。
【０１２１】
図４は、ワイヤレス電力伝送システムを動作させるための例示的な制御プロセス４００のフローチャートを示す。ある例では、例示的なプロセス４００は、１つ以上の処理装置（例えば、プロセッサ又はマイクロコントローラ）又は計算装置を使用して実行されるコンピュータ実行可能命令として提供され得る。ある例では、プロセス４００は、ハードウェアとして組み込まれた電気回路によって、例えばＡＳＩＣ又はＦＰＧＡコントローラとして実行されてもよい。
【０１２２】
プロセス４００は、プロセス３００と同様であるが、送信機電力Ｐｉｎを調整するためのインバータのバス電圧Ｖｂｕｓの制御と、インバータ力率（例えば、インバータＡＣ電圧ＶＡＣ及びインバータＡＣ電流ＩＡＣ、位相差φ）の測定及び使用とを含み、送信機ＩＭＮ１２４をチューニングする。
【０１２３】
プロセス４００の一部は、ワイヤレス電力送信機１０２（例えば、送信機コントローラ１２５）によって実行され、プロセス４００の一部は、ワイヤレス電力受信機１０４（例えば、受信機コントローラ１２９）によって実行される。プロセス４００は、３つの制御ループ４０１、４０３及び４０５を含む。ループ４０１及び４０３は、送信機１０２によって実行され、送信機ＩＭＮ１２４をチューニングし、送信機電力を制御する。ループ４０１は、インバータＡＣ出力電圧とインバータＡＣ出力電流との間の目標位相φ関係（例えば、インバータ力率）を達成するために、リアクタンスＸ３を調整することによって、送信機ＩＭＮ１２４を調整する位相ループである。以下、「インバータ出力位相φｉｎｖ」及び「目標インバータ出力位相φｔａｒｇｅｔ」ともいう。ループ４０３は、インバータのバス電圧Ｖｂｕｓを調整することによって、目標電力Ｐｔａｒｇｅｔ又はその近傍における送信機電力の大きさＰｉｎを制御及び維持する電力制御ループである。ある実施形態では、ループ４０１及び４０３は、実行されるべき他の装置（例えば、受信機１０４）との通信を必要としないローカルループである。また、ある実施形態では、ループ４０１及び４０３は、送信機によって１〜１０ｋＨｚで実行される。ループ４０１及び４０３は、
【数１７】
2019509707.tif 000019
式（１７）
で特徴付けることができる。ここで、Ｐｉｎは、インバータの電力、Ｖｂｕｓは、インバータ１２２のＤＣバス電圧、Ｒｉｎｖは、インバータから見た実効抵抗、Ｘｉｎｖは、インバータから見た実効リアクタンスである。
【０１２４】
ループ４０５は、システム効率に基づいて受信機ＩＭＮ１２６をチューニングするために、受信機１０４によって実行される。ループ４０５は、プロセス３００のループ３０５と同様である。例えば、ループ４０５は、「摂動観測」ストラテジを使用して、受信機ＩＭＮ１２６のリアクタンスＸ３を調整することによって効率を向上し、連続するイテレーションにわたって効率を継続的に向上することができる。ループ４０５は、各イテレーションにおいて、送信機１０２からの入力電力データに依存して、システム効率を計算する。ある実施形態では、ループ４０５は、例えば４０Ｈｚの、送信機１０２と受信機１０４との間の通信速度で処理する。
【０１２５】
ブロック４０２は、最大リアクタンス値Ｘｔｘ，ｍａｘを設定される可変送信機リアクタンスＸｔｘ（例えば、送信機ＩＭＮ１２４のＸ３）と、最小リアクタンス値Ｘｒｘ，ｍｉｎを設定される可変受信機リアクタンスＸｒｘ（例えば、受信機ＩＭＮ１２６のＸ３）と、最初にゼロに設定されるシステム効率ηと、０より大きい調整値を設定される送信機リアクタンスステップサイズΔＸｔｘと、０より大きい調整値を設定される受信機リアクタンスステップサイズΔＸｒｘと、０より大きい調整値を設定されるバス電圧ステップサイズΔＶｂｕｓと、を含む、プロセス４００の入力及び初期条件を列挙する。ある実施形態では、リアクタンスステップサイズΔＸｔｘ及びΔＸｒｘとバス電圧ステップサイズΔＶｂｕｓとは定数値である。ある実施形態では、リアクタンスステップサイズΔＸｔｘ及びΔＸｒｘとバス電圧ステップサイズΔＶｂｕｓは変数である。例えば、コントローラ１２５又はコントローラ１２９は、プロセス４００の間に、それぞれのステップサイズの大きさを動的に増加又は減少させ得る。
【０１２６】
プロセス４００は、ステップ４０４にて開始する。ステップ４０６において、送信機コントローラ１２５は、インバータ出力位相φｉｎｖを測定し、測定されたインバータ出力位相φｉｎｖを目標インバータ出力位相φｔａｒｇｅｔと比較する。φｉｎｖがφｔａｒｇｅｔに等しい場合、プロセス４００はループ４０３のステップ４０８に進む。φｉｎｖがφｔａｒｇｅｔに等しくない場合、プロセス４００はループ４０１のステップ４２４に進む。ある実施形態では、φｔａｒｇｅｔは０よりわずかに大きいので、インバータはわずかな誘導負荷のままであるとみられる。
【０１２７】
最初に位相ループである、ループ４０１を参照すると、インバータ出力位相が目標インバータ出力位相と等しくない場合、ステップ４０６において、送信機コントローラ１２５は、インバータ出力位相を目標インバータ出力位相と比較して、ステップ４２４において、インバータ出力位相が目標インバータ出力位相よりも大きいか否かを判定する。φｉｎｖがφｔａｒｇｅｔより大きい場合、ステップ４２６において、送信機コントローラ１２５は、可変送信機リアクタンスＸｔｘが既に最小値Ｘｔｘ，ｍｉｎであるか否かをチェックする。可変送信機リアクタンスＸｔｘが既に最小値Ｘｔｘ，ｍｉｎである場合、ループ４０１は、可変送信機リアクタンスＸｔｘに対する調整を行わずに、ステップ４０８に進む。可変送信機リアクタンスＸｔｘが最小値Ｘｔｘ，ｍｉｎでない場合、ステップ４３８において、送信機コントローラ１２５は、可変送信機リアクタンスＸｔｘを、送信機リアクタンスステップサイズΔＸｔｘだけデクリメントし、ループ４０１は、ステップ４０６に戻り、インバータ出力位相を再評価する。
【０１２８】
ステップ４２４において、φｉｎｖがφｔａｒｇｅｔよりも大きくない場合、ステップ４３０において、送信機コントローラ１２５は、可変送信機リアクタンスＸｔｘが既に最大値Ｘｔｘ，ｍａｘであるか否かをチェックする。可変送信機リアクタンスＸｔｘが既に最大値Ｘｔｘ，ｍａｘである場合、ループ４０１は、可変送信機リアクタンスＸｔｘに対する調整を行わずに、ステップ４０８に進む。可変送信機リアクタンスＸｔｘが最大値Ｘｔｘ，ｍａｘでない場合、ステップ４３２において、送信機コントローラ１２５は、送信機リアクタンスステップサイズΔＸｔｘだけ可変送信機リアクタンスＸｔｘをインクリメントし、ループ４０１は、ステップ４０６に戻り、インバータ出力位相を再評価する。
【０１２９】
電力ループである、ループ４０３を参照すると、ステップ４０８において、送信機コントローラ１２５は、入力電力Ｐｉｎを測定し、測定された入力電力Ｐｉｎを目標電力レベルＰｔａｒｇｅｔと比較する。ＰｉｎがＰｔａｒｇｅｔに等しい場合、プロセス４００はループ４０１のステップ４０６に戻る。更に、送信機コントローラ１２５は、Ｐｉｎの測定値を示すデータを受信機１０４に送信することができる。ＰｉｎがＰｔａｒｇｅｔと等しくない場合、プロセス４００はステップ４１８に進む。ある実施形態又はある処理モードでは、目標電力レベルは、送信機１０２によって設定される。また、ある実施形態又はある処理モードでは、目標電力レベルは、受信機１０４によって設定される。例えば、定常状態の処理（例えば、起動シーケンス又はシャットダウンシーケンス以外の通常の処理）、システム１００は、要求ベースシステムとして処理することができる。例えば、受信機１０４は、送信機１０２からの電力レベルを要求することができる。送信機コントローラ１２５は、受信機１０４からの要求電力レベルに基づいて、目標入力電力レベルを計算することができる。例えば、送信機コントローラ１２５は、要求電力を、（ＩＭＮ損失及びインバータ損失等の）送信機における予想損失を考慮した、要求電力レベルを送信するために必要とされる、目標入力電力レベルに変換することができる。
【０１３０】
送信機の電力が目標電力と等しくない場合、ステップ４１８において、送信機コントローラ１２５は入力電力を目標電力レベルと比較して、入力電力が目標電力レベルより小さいか否かを判定する。ＰｉｎがＰｔａｒｇｅｔよりも小さい場合、ステップ４２０において、送信機コントローラ１２５は、インバータ電圧Ｖｂｕｓをバス電圧ステップサイズΔＶｂｕｓだけインクリメントし、ループ４０３はステップ４０８に戻り、送信機の電力を再評価する。ＰｉｎがＰｔａｒｇｅｔよりも小さくない場合、ステップ４２２において、送信機コントローラ１２５は、インバータバス電圧Ｖｂｕｓをバス電圧ステップサイズΔＶｂｕｓだけデクリメントし、ループ４０３はステップ４０８に戻り、送信機の電力を再評価する。
【０１３１】
ある実施形態では、送信機リアクタンスステップサイズΔＸｔｘの大きさは変更可能である。例えば、φｉｎｖとφｔａｒｇｅｔの差が大きい場合、例えば、粗調整閾値よりも大きい場合、送信機コントローラ１２５は、送信機リアクタンスステップサイズΔＸｔｘを増加させ得る。これに対して、φｉｎｖとφｔａｒｇｅｔの差が小さい場合、例えば、微調整閾値よりも小さい場合、送信機コントローラ１２５は送信機リアクタンスステップサイズΔＸｔｘの大きさを減少させ得る。
【０１３２】
ある実施形態では、バス電圧ステップサイズΔＶｂｕｓの大きさは変更可能である。例えば、ＰｉｎとＰｔａｒｇｅｔの差が大きい場合、例えば粗調整閾値よりも大きい場合、送信機コントローラ１２５はバス電圧ステップサイズΔＶｂｕｓを増加させ得る。これに対応して、ＰｉｎとＰｔａｒｇｅｔとの間の差が小さい場合、例えば微調整閾値よりも小さい場合、送信機コントローラ１２５はバス電圧ステップサイズΔＶｂｕｓの大きさを減少させ得る。
【０１３３】
受信機側ループである、ループ４０５を参照すると、ステップ４０９において、受信機１０４は送信機電力データを受信する。例えば、ステップ４０８においてＰｉｎがＰｔａｒｇｅｔと等しい場合、送信機１０２は、Ｐｉｎの測定値を示すデータを受信機１０４に送信することができる。ステップ４１０において、受信機コントローラ１２９は、システム１００の効率を測定する。受信機コントローラ１２９は、受信機１０４の出力電力を測定し、受信した送信機電力データ及び測定された受信機出力電力値に基づいて、時間ｎにおけるシステム効率η（ｎ）を計算する。
【０１３４】
ステップ４１２において、受信機コントローラ１２９は、時間ｎにおいて計算されたシステム効率を、前の時間ｎ−１において計算されたシステム効率と比較する。時間ｎにおける効率が時間ｎ−１における効率よりも大きい場合、ステップ４１４において、可変受信機リアクタンスＸｒｘは、受信機リアクタンスステップサイズΔＸｒｘだけ調整される。例えば、受信機リアクタンスの変化ΔＸｒｘは、可変受信機リアクタンスＸｒｘに加えられる。時間ｎにおける効率が時間ｎ−１における効率よりも大きくない場合、ステップ４１６において、受信機コントローラ１２９は、受信機リアクタンスステップサイズΔＸｒｘの符号を変更して、ステップ４１４において、可変受信機リアクタンスＸｒｘを調整する。例えば、受信機リアクタンスステップサイズΔＸｒｘの値は無効化され得る。例えば、可変受信機リアクタンスＸｒｘの調整の方向は、効率がもはやループ４０５の後続のイテレーションと間で増加しなくなったときに交換される。ループ４０５によって示されるように、可変受信機リアクタンスＸｒｘの調整の方向は、効率が再び低下し、それにより、略最大システム効率が維持されるまで、ループ４０５の後続のイテレーションで維持される。
【０１３５】
ある実施形態では、受信機リアクタンスステップサイズΔＸｒｘの大きさは変更可能である。例えば、時間ｎにおける効率が粗調整閾値より小さい場合（例えば、システム起動直後）、受信機コントローラ１２９は、受信機リアクタンスステップサイズΔＸｒｘの大きさを増加させることができる。これに対して、時間ｎにおける効率が、例えば推定された最大値の微調整閾値内である等、推定された最大値に近い場合、受信機コントローラ１２９は、受信機リアクタンスステップサイズΔＸｒｘの大きさを減少させることができる。
【０１３６】
図５Ａ〜図５Ｃは、ワイヤレス電力伝送システムを動作させるための例示的な制御プロセス５００ａ、５００ｂ及び５００ｃのフローチャートを示す。ある例では、プロセス５００ａ、５００ｂ及び５００ｃは、１つ以上の処理装置（たとえば、プロセッサ又はマイクロコントローラ）又は計算装置を使用して実行されるコンピュータ実行可能命令として提供され得る。ある例では、プロセス５００ａ、５００ｂ及び５００ｃは、ハードウェアとして組み込まれた電気回路によって、たとえばＡＳＩＣ又はＦＰＧＡコントローラとして実行されてもよい。プロセス５００ａ、５００ｂ及び５００ｃは、プロセス３００及び４００に関連するが、追加のシステムパラメータを評価及び制御してワイヤレス電力伝送システムを処理させる追加のステップを含む。
【０１３７】
図５Ａに示すように、プロセス５００ａは、ワイヤレス電力送信機１０２（例えば、送信機コントローラ１２５）によって実行される部分と、ワイヤレス電力受信機１０４（例えば、受信機コントローラ１２９）によって実行される部分とを含む。プロセス５００ａは、３つの制御ループ５０１ａ、５０３ａ及び５０５を含む。ループ５０１ａ及び５０３ａは、送信機１０２によって実行され、送信機ＩＭＮ１２４をチューニングして、送信機電力を制御する。ループ５０１ａは、リアクタンスＸ３を調整することによって送信機ＩＭＮ１２４をチューニングして、目標インバータ出力位相φｔａｒｇｅｔを達成する、位相ループである。ループ５０１ａはまた、電流、電圧、又は他の装置の限界を超えないことを保証する安全チェックを含む。ループ５０３ａは、インバータのバス電圧Ｖｂｕｓを調整することによって、目標電力Ｐｔａｒｇｅｔ又はその近傍に送信機電力の大きさＰｉｎを制御及び維持する電力制御ループである。ループ５０３ａはまた、送信機電力を制御するための、インバータ周波数ｆｉｎｖの調整を組み込んでいる。ある実施形態では、ループ５０１ａ及び５０３ａは、実行されるのに、他の装置（たとえば、受信機１０４）との通信を必要としないローカルループである。ある実施形態では、ループ５０１ａ及び５０３ａは、送信機によって１〜１０ｋＨｚで実行される。
【０１３８】
ループ５０５は、受信機１０４によって実行され、システム効率に基づいて受信機ＩＭＮ１２６をチューニングする。ループ５０５は、その処理が上述されている、プロセス４００のループ４０５と同様である。
【０１３９】
ブロック５０２は、最大リアクタンス値Ｘｔｘ，ｍａｘを設定された可変送信機リアクタンスＸｔｘ（例えば、送信機ＩＭＮ１２４のＸ３）と、最小リアクタンス値Ｘｒｘ，ｍｉｎを設定された可変受信機リアクタンスＸｒｘ（例えば、受信機ＩＭＮ１２６のＸ３）と、最大周波数ｆｉｎｖ，ｍａｘを設定されたインバータ周波数ｆｉｎｖと、最初にゼロを設定されたシステム効率ηと、０より大きい調整値を設定された送信機リアクタンスステップサイズΔＸｔｘと、０より大きい調整値を設定された受信機リアクタンスステップサイズΔＸｒｘと、０より大きい調整値を設定されたインバータ周波数ステップサイズΔｆｉｎｖと、０より大きい調整値を設定されたバス電圧ステップサイズΔＶｂｕｓと、を含む、プロセス５００ａの入力及び初期条件を列挙する。ある実施形態では、リアクタンスステップサイズΔＸｔｘ並びにΔＸｒｘ、バス電圧ステップサイズΔＶｂｕｓ、及びインバータ周波数ステップサイズΔｆｉｎｖは定数値である。また、ある実施形態では、リアクタンスステップサイズΔＸｔｘ及びΔＸｒｘ、バス電圧ステップサイズΔＶｂｕｓ、並びにインバータ周波数ステップサイズΔｆｉｎｖは、変数である。例えば、コントローラ１２５又はコントローラ１２９は、プロセス５００ａの間に、それぞれのステップサイズの大きさを動的に増加又は減少させ得る。
【０１４０】
プロセス５００ａは、ステップ５０４で開始する。送信機コントローラ１２５は、ステップ５０６で、いくつかのチェックを行い、ステップ５０８でインバータ周波数をチューニングする。送信機コントローラ１２５は、測定された入力電力Ｐｉｎを目標電力レベルＰｔａｒｇｅｔと比較し、測定されたインバータ出力位相φｉｎｖをインバータ出力位相限界値φｌｉｍｉｔ（例えば、４５度）と比較し、インバータ周波数ｆｉｎｖを最小インバータ周波数ｆｉｎｖ，ｍｉｎと比較する。ステップ５０６の比較の全てが真である場合、送信機コントローラ１２５は、ステップ５０８で、インバータ周波数ステップサイズΔｆｉｎｖだけ、インバータ周波数ｆｉｎｖをデクリメントする。比較のいずれかが偽である場合、プロセス５００ａはループ５０１ａのステップ５１０に進む。
【０１４１】
位相ループである、ループ５０１ａを参照すると、インバータ出力位相が目標インバータ出力位相と等しくない場合、送信機コントローラ１２５は、ステップ５１０において、インバータ出力位相を目標インバータ出力位相と比較して、ステップ５３６において、インバータ出力位相が目標インバータ出力位相よりも大きいか否かを判定する。φｉｎｖがφｔａｒｇｅｔよりも大きい場合、ステップ５３８において、送信機コントローラ１２５は、いくつかの追加のチェックを行う。ステップ５３８において、送信機コントローラ１２５は、可変送信機リアクタンスＸｔｘが既に最小値Ｘｔｘ，ｍｉｎであるか否かをチェックし、ＰｉｎがＰｔａｒｇｅｔよりも大きいか否かをチェックし、或いは安全チェックが失敗したか否かをチェックする。安全チェックは、例えば、電圧超過又は電流超過チェックであってもよい。いずれかのチェックが真である場合、ループ５０１ａは、ステップ５４０における追加の安全チェックに進む。ステップ５４０における安全チェックは、ステップ５３８で実行される安全チェックと同一の安全チェックであってもよく、例えば、ステップ５３８での安全チェックが、送信機コントローラ１２５をステップ５４０へ進ませたチェックであったか否かを判定してもよい。そうである場合、コントローラ１２５は、送信機リアクタンスステップサイズΔＸｔｘだけ、可変送信機リアクタンスＸｔｘをインクリメントして、ループ５０１ａはステップ５０６に戻る。そうでない場合、ループ５０１ａはループ５０３ａのステップ５１２に進み、送信機力を調整する。ステップ５３８の全てのチェックが偽である場合、送信機コントローラ１２５は、送信機リアクタンスステップサイズΔＸｔｘだけ、可変送信機リアクタンスＸｔｘをデクリメントして、ループ５０１ａはステップ５０６に戻る。
【０１４２】
再びステップ５３６を参照して、φｉｎｖがφｔａｒｇｅｔよりも大きくない場合、ステップ５４６において、送信機コントローラ１２５は、可変送信機リアクタンスＸｔｘが既に最大値Ｘｔｘ，ｍａｘであるか否かをチェックする。可変送信機リアクタンスＸｔｘが既に最大値Ｘｔｘ，ｍａｘである場合、ループ５０１ａは、故障状態５４８を発行する。可変送信機リアクタンスＸｔｘが最大値Ｘｔｘ，ｍａｘでない場合、ステップ５５０で、送信機コントローラ１２５は、可変送信機リアクタンスＸｔｘを、送信機リアクタンスステップサイズΔＸｔｘだけインクリメントして、ループ５０１ａはステップ５０６に戻る。
【０１４３】
電力ループである、ループ５０３ａを参照すると、ステップ５１２において、送信機コントローラ１２５は、入力電力Ｐｉｎを測定し、測定された入力電力Ｐｉｎを目標電力レベルＰｔａｒｇｅｔと比較する。ＰｉｎがＰｔａｒｇｅｔと等しい場合、プロセス５０３ａはステップ５０６に戻る。更に、送信機コントローラ１２５は、Ｐｉｎの測定値を示すデータを受信機１０４に送信することができる。ＰｉｎがＰｔａｒｇｅｔと等しくない場合、プロセス５００ａはステップ５２２に進む。送信機コントローラ１２５は、ステップ５２２において、入力電力を目標電力レベルと比較して、入力電力が目標電力レベルよりも大きいか否かを判定する。ＰｉｎがＰｔａｒｇｅｔよりも大きくない場合、ステップ５３４において、送信機コントローラ１２５は、インバータバス電圧Ｖｂｕｓをバス電圧ステップサイズΔＶｂｕｓだけインクリメントし、ループ５０３ａは、ステップ５０６に戻る。ＰｉｎがＰｔａｒｇｅｔより大きい場合、ステップ５２４において、送信機コントローラ１２５はバス電圧をチェックする。バス電圧Ｖｂｕｓが最小バス電圧Ｖｂｕｓ，ｍｉｎより大きい場合、ステップ５３２において、送信機コントローラ１２５は、インバータバス電圧Ｖｂｕｓをバス電圧ステップサイズΔＶｂｕｓだけデクリメントし、ループ５０３ａはステップ５０６に戻る。
【０１４４】
ステップ５２４において、バス電圧Ｖｂｕｓが最小バス電圧Ｖｂｕｓ，ｍｉｎである場合、送信機コントローラ１２５は、可変送信機リアクタンスＸｔｘ又はインバータ周波数ｆｉｎｖのいずれかを調整することによって送信機電力を低減する。ステップ５２６において、送信機コントローラ１２５は、可変送信機リアクタンスＸｔｘが既に最大値Ｘｔｘ，ｍａｘであるか否かをチェックする。可変送信機リアクタンスＸｔｘが最大値Ｘｔｘ，ｍａｘでない場合、ステップ５３０において、送信機コントローラ１２５は、送信機リアクタンスステップサイズΔＸｔｘによって可変送信機リアクタンスＸｔｘをインクリメントして、ループ５０１は、ステップ５０６に戻る。可変送信機リアクタンスＸｔｘが既に最大値Ｘｔｘ，ｍａｘである場合、送信機コントローラ１２５は、ステップ５２７にて、インバータ周波数ｆｉｎｖが最大インバータ周波数ｆｉｎｖ，ｍａｘよりも小さいか否かをチェックする。インバータ周波数ｆｉｎｖが既に最大値ｆｉｎｖ，ｍａｘである場合、ループ５０３ａは、バス電圧Ｖｂｕｓ、可変送信機リアクタンスＸｔｘ、又はインバータ周波数ｆｉｎｖに対する調整を行わずに、ステップ５０６に戻る。インバータ周波数ｆｉｎｖがまだ最大値ｆｉｎｖ，ｍａｘでない場合、ステップ５２８において、送信機コントローラ１２５はインバータ周波数ｆｉｎｖを周波数ステップサイズΔｆｉｎｖだけインクリメントし、ループ５０３ａはステップ５０６に戻る。
【０１４５】
図５Ｂを参照して、プロセス５００ｂは、インバータ周波数ｆｉｎｖの代わりにインバータの位相シフトθｉｎｖを監視して制御する点で、プロセス５００ａと異なる。
例えば、ある実施形態では、インバータ電力は、インバータ内のブリッジ回路間の内部位相シフトθｉｎｖを調整することによって制御され得る。そのような実施態様では、０度の位相シフトθｉｎｖは最小インバータ電力（例えばゼロ）を生成し、１８０度の位相シフトθｉｎｖは、所与のバス電圧Ｖｂｕｓに対して最大インバータ電力を生成し得る。より具体的には、プロセス５００ｂでは、ステップ５６０、５６２、５６４、５６６、及び５６８が、プロセス５００ａのステップ５０２、５０６、５０８、５２７、及び５２８とそれぞれ置き換わる。
【０１４６】
プロセス５００ｂは、ワイヤレス電力送信機１０２（例えば、送信機コントローラ１２５）によって実行される部分と、ワイヤレス電力受信機１０４（例えば、受信機コントローラ１２９）によって実行される部分とを含む。プロセス５００ｂは、３つの制御ループ５０１ｂ、５０３ｂ及び５０５を含む。ループ５０１ｂ及び５０３ｂは、送信機１０２によって実行され、送信機ＩＭＮ１２４をチューニングして、送信機電力を制御する。ループ５０１ｂは、目標インバータ出力位相φｔａｒｇｅｔを達成するために、リアクタンスＸ３を調整することによって送信機ＩＭＮ１２４を調整する、位相ループである。ループ５０１ｂは、電流、電圧、又は他の装置の限界を超えないことを保証する安全チェックも含む。ループ５０３ｂは、インバータバス電圧Ｖｂｕｓを調整することによって、目標電力Ｐｔａｒｇｅｔ又はその近傍に送信機電力の大きさＰｉｎを制御及び維持する電力制御ループである。ループ５０３ｂはまた、送信機電力を制御するために、インバータの位相シフトθｉｎｖの調整を組み込んでいる。ある実施形態では、ループ５０１ｂ及び５０３ｂは、実行されるのに、他の装置（例えば、受信機１０４）との通信を必要としないローカルループである。ある実施形態では、ループ５０１ｂ及び５０３ｂは、送信機によって１〜１０ｋＨｚで実行される。
【０１４７】
ループ５０５は、受信機１０４によって実行され、システム効率に基づいて、受信機ＩＭＮ１２６をチューニングする。ループ５０５は、上述されているプロセス４００のループ４０５とその処理が同一である。
【０１４８】
ブロック５６０は、最大リアクタンス値Ｘｔｘ，ｍａｘを設定された可変送信機リアクタンスＸｔｘ（例えば、送信機ＩＭＮ１２４のＸ３）と、最小リアクタンス値Ｘｒｘ，ｍｉｎを設定された可変受信機リアクタンスＸｒｘ（例えば、受信機ＩＭＮ１２６のＸ３）と、最小位相シフトθｉｎｖ，ｍｉｎを設定されたインバータ位相シフトθｉｎｖと、最初にゼロを設定されたシステム効率ηと、０より大きい調整値を設定された送信機リアクタンスステップサイズΔＸｔｘと、０より大きい調整値を設定された受信機リアクタンスステップサイズΔＸｒｘと、０より大きい調整値を設定されたインバータ位相シフトステップサイズΔθｉｎｖと、０より大きい調整値を設定されたバス電圧ステップサイズΔＶｂｕｓと、を含む、プロセス５００ｂの入力及び初期条件を列挙する。ある実施形態では、リアクタンスステップサイズΔＸｔｘ並びにΔＸｒｘ、バス電圧ステップサイズΔＶｂｕｓ、及びインバータ位相シフトステップサイズΔθｉｎｖは定数値である。また、ある実施形態では、リアクタンスステップサイズΔＸｔｘ並びにΔＸｒｘ、バス電圧ステップサイズΔＶｂｕｓ、及びインバータ位相シフトステップサイズΔθｉｎｖは変数である。例えば、コントローラ１２５又はコントローラ１２９は、プロセス５００ｂの間に、それぞれのステップサイズの大きさを動的に増加又は減少させ得る。
【０１４９】
プロセス５００ｂは、ステップ５０４で開始する。送信機コントローラ１２５は、ステップ５６２にて、いくつかのチェックを行い、ステップ５６４にて、インバータ位相シフトをチューニングする。送信機コントローラ１２５は、測定された入力電力Ｐｉｎを目標電力レベルＰｔａｒｇｅｔと比較し、インバータ位相シフトθｉｎｖを位相シフト限界θｌｉｍｉｔ（例えば、１８０度）と比較する。ステップ５６４における全ての比較が真である場合、送信機コントローラ１２５は、ステップ５６４において、インバータ位相シフトθｉｎｖを、インバータ位相シフトステップサイズΔθｉｎｖだけインクリメントする。比較のいずれかが偽である場合、ステップ５８２において、送信機コントローラ１２５は、インバータ位相シフトθｉｎｖが位相シフト限界θｌｉｍｉｔよりも小さいか否かをチェックする。そうである場合、プロセス５００ｂはステップ５６６に進む。そうでない場合、プロセス５００ｂはループ５０１ｂのステップ５１０に進む。
【０１５０】
位相ループである、ループ５０１ｂを参照すると、インバータ出力位相が目標インバータ出力位相と等しくない場合、送信機コントローラ１２５は、ステップ５１０にて、インバータ出力位相を目標インバータ出力位相と比較して、ステップ５３６にて、インバータ出力位相が目標インバータ出力位相よりも大きいか否かを判定する。φｉｎｖがφｔａｒｇｅｔより大きい場合、ステップ５３８において、送信機コントローラ１２５は、いくつかの追加のチェックを行う。ステップ５３８において、送信機コントローラ１２５は、可変送信機リアクタンスＸｔｘが既に最小値Ｘｔｘ，ｍｉｎであるか否かをチェックし、ＰｉｎがＰｔａｒｇｅｔより大きいか否かをチェックし、或いは安全チェックが失敗したか否かをチェックする。安全チェックは、例えば、電圧超過又は電流超過チェックであってもよい。いずれかのチェックが真であれば、ループ５０１ｂは、ステップ５４０で追加の安全チェックに進む。ステップ５４０における安全チェックは、ステップ５３８で実行される安全チェックと同一の安全チェックであってもよく、例えば、ステップ５３８での安全チェックが、送信機コントローラ１２５をステップ５４０へ進ませたチェックであったか否かを判定してもよい。そうである場合、送信機コントローラ１２５は、送信機リアクタンスステップサイズΔＸｔｘだけ、可変送信機リアクタンスＸｔｘをインクリメントし、ループ５０１ｂはステップ５６２に戻る。そうでない場合、ループ５０１ｂはループ５０３ｂのステップ５１２に進み、送信機電力を調整する。ステップ５３８のチェックの全てが偽である場合、送信機コントローラ１２５は、送信機リアクタンスステップサイズΔＸｔｘだけ可変送信機リアクタンスＸｔｘをデクリメントし、ループ５０１ｂはステップ５６２に戻る。
【０１５１】
再びステップ５３６を参照して、φｉｎｖがφｔａｒｇｅｔより大きくない場合、送信機コントローラ１２５は、ステップ５４６にて、可変送信機リアクタンスＸｔｘが既に最大値Ｘｔｘ，ｍａｘであるか否かをチェックする。可変送信機リアクタンスＸｔｘが既に最大値Ｘｔｘ，ｍａｘである場合、ループ５０１ｂは故障状態５４８を発行する。可変送信機リアクタンスＸｔｘが最大値Ｘｔｘ，ｍａｘでない場合、ステップ５５０において、送信機コントローラ１２５は、可変送信機リアクタンスＸｔｘを、送信機リアクタンスステップサイズΔＸｔｘだけインクリメントし、ループ５０１ｂはステップ５６２に戻る。
【０１５２】
電力ループである、ループ５０３ｂを参照すると、ステップ５１２において、送信機コントローラ１２５は、入力電力Ｐｉｎを測定し、測定された入力電力Ｐｉｎを目標電力レベルＰｔａｒｇｅｔと比較する。ＰｉｎがＰｔａｒｇｅｔと等しい場合、プロセス５００ｂは、ステップ５６２に戻る。更に、送信機コントローラ１２５は、Ｐｉｎの測定値を示すデータを受信機１０４に送信することができる。ＰｉｎがＰｔａｒｇｅｔと等しくない場合、プロセス５００ｂは、ステップ５２２に進む。ステップ５２２において、送信機コントローラ１２５は、入力電力を目標電力レベルと比較して、入力電力が目標電力レベルよりも大きいか否かを判定する。ＰｉｎがＰｔａｒｇｅｔよりも大きくない場合、ステップ５３４において、送信機コントローラ１２５は、インバータバス電圧Ｖｂｕｓを、バス電圧ステップサイズΔＶｂｕｓだけインクリメントし、ループ５０３ｂはステップ５６２に戻る。ＰｉｎがＰｔａｒｇｅｔより大きい場合、ステップ５２４において、送信機コントローラ１２５はバス電圧をチェックする。バス電圧Ｖｂｕｓが最小バス電圧Ｖｂｕｓ，ｍｉｎより大きい場合、ステップ５３２において、送信機コントローラ１２５は、インバータバス電圧Ｖｂｕｓを、バス電圧ステップサイズΔＶｂｕｓだけデクリメントし、ループ５０３ｂはステップ５６２に戻る。
【０１５３】
ステップ５２４において、バス電圧Ｖｂｕｓが最小バス電圧Ｖｂｕｓ，ｍｉｎである場合、送信機コントローラ１２５は、可変送信機リアクタンスＸｔｘ又はインバータ位相シフトθｉｎｖを調整することによって、送信機電力を低減する。ステップ５２６において、送信機コントローラ１２５は、可変送信機リアクタンスＸｔｘが既に最大値Ｘｔｘ，ｍａｘであるか否かをチェックする。可変送信機リアクタンスＸｔｘが最大値Ｘｔｘ，ｍａｘでない場合、ステップ５３０において、送信機コントローラ１２５は、可変送信機リアクタンスＸｔｘを、送信機リアクタンスステップサイズΔＸｔｘだけインクリメントし、ループ５０１ｂはステップ５６２に戻る。可変送信機リアクタンスＸｔｘが既に最大値Ｘｔｘ，ｍａｘである場合、送信機コントローラ１２５は、ステップ５６６にて、インバータ位相シフトθｉｎｖが最小インバータ位相シフトθｉｎｖ，ｍｉｎより大きいか否かをチェックする。インバータ位相シフトθｉｎｖが既に最小インバータ位相シフトθｉｎｖ，ｍｉｎである場合、ループ５０３ｂは、バス電圧Ｖｂｕｓ、可変送信機リアクタンスＸｔｘ、又はインバータ位相シフトθｉｎｖの調整を実行せずに、ステップ５６２に戻る。インバータの位相シフトθｉｎｖがまだ最小値θｉｎｖ，ｍｉｎに達していない場合、ステップ５６８において、送信機コントローラ１２５は、インバータ位相シフトθｉｎｖを、位相シフトステップサイズΔθｉｎｖだけデクリメントし、ループ５０３ｂは、ステップ５６２に戻る。
【０１５４】
図５Ｃを参照して、プロセス５００ｃは、プロセス５００ａ及び５００ｂの態様を組み合わせる。プロセス５００ｃは、ワイヤレス電力送信機１０２（例えば、送信機コントローラ１２５）によって実行される部分と、ワイヤレス電力受信機１０４（例えば、受信機コントローラ１２９）によって実行される部分とを含む。プロセス５００ｃは、３つの制御ループ５０１ｃ、５０３ｃ及び５０５を含む。ループ５０１ｃ及び５０３ｃは、送信機１０２によって実行され、送信機ＩＭＮ１２４をチューニングし、送信機電力を制御する。ループ５０１ｃは、目標インバータ出力位相φｔａｒｇｅｔを達成するために、リアクタンスＸ３を調整することによって送信機ＩＭＮ１２４を調整する、位相ループである。ループ５０１ｂは、電流、電圧、又は他の装置の限界を超えないことを保証する安全チェックをも含む。ループ５０３ｃは、インバータのバス電圧Ｖｂｕｓを調整することによって、目標電力Ｐｔａｒｇｅｔ又はその近傍に送信機電力の大きさＰｉｎを制御及び維持する電力制御ループである。ループ５０３ｃは、送信機電力を制御するために、インバータ周波数ｆｉｎｖ及びインバータ位相シフトθｉｎｖの両方の調整を組み込んでいる。ある実施形態では、ループ５０１ｃ及び５０３ｃは、実行されるのに、他の装置（例えば、受信機１０４）との通信を必要としないローカルループである。ある実施形態では、ループ５０１ｃ及び５０３ｃは、送信機によって１〜１０ｋＨｚで実行される。ループ５０１ｃ及び５０３ｃは、実行される他の装置（例えば、受信機１０４）との通信を必要としないローカルループである。ある実施形態では、ループ５０１ｃ及び５０３ｃは、送信機によって１〜１０ｋＨｚで実行される。
【０１５５】
ループ５０５は、受信機１０４によって実行され、システム効率に基づいて、受信機ＩＭＮ１２６をチューニングする。ループ５０５は、その処理が上述されているプロセス４００のループ４０５と同一である。
【０１５６】
ブロック５８０は、最大リアクタンス値Ｘｔｘ，ｍａｘを設定された可変送信機リアクタンスＸｔｘ（例えば、送信機ＩＭＮ１２４のＸ３）と、最小リアクタンス値Ｘｒｘ，ｍｉｎを設定された可変受信機リアクタンスＸｒｘ（例えば、受信機ＩＭＮ１２６のＸ３）と、最大周波数ｆｉｎｖ，ｍａｘを設定されたインバータ周波数ｆｉｎｖと、最小位相シフトθｉｎｖ，ｍｉｎを設定されたインバータ位相シフトθｉｎｖと、最初にゼロを設定されたシステム効率ηと、０より大きい調整値を設定された送信機リアクタンスステップサイズΔＸｔｘと、０より大きい調整値を設定された受信機リアクタンスステップサイズΔＸｒｘと、０より大きい調整値を設定されたインバータ周波数ステップサイズΔｆｉｎｖと、０より大きい調整値を設定されたインバータ位相シフトステップサイズΔθｉｎｖと、０より大きい調整値を設定されたバス電圧ステップサイズΔＶｂｕｓと、を含む、プロセス５００ｃの入力及び初期条件を表す。ある実施形態では、リアクタンスステップサイズΔＸｔｘ並びにΔＸｒｘ、バス電圧ステップサイズΔＶｂｕｓ、インバータ周波数ステップサイズΔｆｉｎｖ、及びインバータ位相シフトステップサイズΔθｉｎｖは定数値である。また、ある実施形態では、リアクタンスステップサイズΔＸｔｘ並びにΔＸｒｘ、バス電圧ステップサイズΔＶｂｕｓ、インバータ周波数ステップサイズΔｆｉｎｖ、及びインバータ位相シフトステップサイズΔθｉｎｖは変数である。例えば、コントローラ１２５又はコントローラ１２９は、プロセス５００ｃの間に、それぞれのステップサイズの大きさを動的に増加又は減少させ得る。
【０１５７】
プロセス５００ｃは、ステップ５０４で開始する。送信機コントローラ１２５は、ステップ５６２にて、いくつかのチェックを行い、ステップ５６４にて、インバータ位相シフトをチューニングする。送信機コントローラ１２５は、測定された入力電力Ｐｉｎを目標電力レベルＰｔａｒｇｅｔと比較し、インバータ位相シフトθｉｎｖを位相シフト限界θｌｉｍｉｔ（例えば、１８０度）と比較する。ステップ５６２における全ての比較が真である場合、送信機コントローラ１２５は、ステップ５６４において、インバータ位相シフトθｉｎｖを、インバータ位相シフトステップサイズΔθｉｎｖだけインクリメントする。比較のいずれかが偽である場合、送信機コントローラ１２５は、ステップ５８２において、インバータ位相シフトθｉｎｖが位相シフト限界θｌｉｍｉｔより小さいか否かをチェックする。そうである場合、プロセス５００ｃはステップ５６６に進む。そうでない場合、プロセス５００ｃはステップ５０６に進む。
【０１５８】
送信機コントローラ１２５は、ステップ５０６にて、いくつかのチェックを行い、ステップ５０８にて、インバータ周波数をチューニングする。送信機コントローラ１２５は、測定された入力電力Ｐｉｎを目標電力レベルＰｔａｒｇｅｔと比較し、測定されたインバータ出力位相φｉｎｖをインバータ出力位相限界φｌｉｍｉｔ（例えば、４５度）と比較し、インバータ周波数ｆｉｎｖを最小インバータ周波数ｆｉｎｖ，ｍｉｎと比較する。ステップ５０６における全ての比較が真である場合、送信機コントローラ１２５は、ステップ５０８にて、インバータ周波数ｆｉｎｖを、インバータ周波数ステップサイズΔｆｉｎｖだけデクリメントする。比較のいずれかが偽である場合、プロセス５００ａは、ループ５０１ｃのステップ５１０に進む。
【０１５９】
位相ループである、ループ５０１ｃを参照すると、インバータ出力位相が目標インバータ出力位相と等しくない場合、送信機コントローラ１２５は、ステップ５１０にて、インバータ出力位相を目標インバータ出力位相と比較して、ステップ５３６にて、インバータ出力位相が目標インバータ出力位相よりも大きいか否かを判定する。φｉｎｖがφｔａｒｇｅｔより大きい場合、ステップ５３８において、送信機コントローラ１２５は、いくつかの追加のチェックを実行する。ステップ５３８において、送信機コントローラ１２５は、可変送信機リアクタンスＸｔｘが既に最小値Ｘｔｘ，ｍｉｎであるか否かをチェックし、ＰｉｎがＰｔａｒｇｅｔより大きいか否かをチェックし、或いは安全チェックが失敗したか否かをチェックする。安全チェックは、例えば、電圧超過又は電流超過チェックであってもよい。いずれかのチェックが真である場合、ループ５０１ｃは、ステップ５４０において追加の安全チェックに進む。ステップ５４０における安全チェックは、ステップ５３８で実行される安全チェックと同一の安全チェックであってもよく、例えば、ステップ５３８での安全チェックが、送信機コントローラ１２５をステップ５４０へ進ませたチェックであったか否かを判定してもよい。そうである場合、送信機コントローラ１２５は、可変送信機リアクタンスＸｔｘを、送信機リアクタンスステップサイズΔＸｔｘだけインクリメントし、ループ５０１ｃはステップ５６２に戻る。そうでない場合、ループ５０１ｃはループ５０３ｃのステップ５１２に進み、送信機電力を調整する。ステップ５３８の全てのチェックが偽である場合、送信機コントローラ１２５は、可変送信機リアクタンスＸｔｘを、送信機リアクタンスステップサイズΔＸｔｘだけデクリメントし、ループ５０１ｃはステップ５６２に戻る。
【０１６０】
再びステップ５３６を参照して、φｉｎｖがφｔａｒｇｅｔよりも大きくない場合、ステップ５４６において、送信機コントローラ１２５は、可変送信機リアクタンスＸｔｘが既に最大値Ｘｔｘ，ｍａｘであるか否かをチェックする。可変送信機リアクタンスＸｔｘが既に最大値Ｘｔｘ，ｍａｘである場合、ループ５０１ｃは、故障状態５４８を発行する。可変送信機リアクタンスＸｔｘが最大値Ｘｔｘ，ｍａｘでない場合、ステップ５５０にて、送信機コントローラ１２５は、可変送信機リアクタンスＸｔｘを、送信機リアクタンスステップサイズΔＸｔｘだけインクリメントし、ループ５０１ｃはステップ５６２に戻る。
【０１６１】
電力ループである、ループ５０３ｃを参照して、送信機コントローラ１２５は、ステップ５１２において、入力電力Ｐｉｎを測定し、測定された入力電力Ｐｉｎを目標電力レベルＰｔａｒｇｅｔと比較する。ＰｉｎがＰｔａｒｇｅｔと等しい場合、プロセス５００ｃはステップ５６２に戻る。更に、送信機コントローラ１２５は、Ｐｉｎの測定値を示すデータを受信機１０４に送信することができる。ＰｉｎがＰｔａｒｇｅｔと等しくない場合、プロセス５００ｃはステップ５２２に進む。ステップ５２２において、送信機コントローラ１２５は、入力電力を目標電力レベルと比較して、入力電力が目標電力レベルよりも大きいか否かを判定する。ＰｉｎがＰｔａｒｇｅｔよりも大きくない場合、ステップ５３４において、送信機コントローラ１２５は、インバータバス電圧Ｖｂｕｓを、バス電圧ステップサイズΔＶｂｕｓだけインクリメントし、ループ５０３ｃは、ステップ５６２に戻る。ＰｉｎがＰｔａｒｇｅｔより大きい場合、ステップ５２４において、送信機コントローラ１２５はバス電圧をチェックする。バス電圧Ｖｂｕｓが最小バス電圧Ｖｂｕｓ，ｍｉｎより大きい場合、ステップ５３２において、送信機コントローラ１２５は、インバータバス電圧Ｖｂｕｓを、バス電圧ステップサイズΔＶｂｕｓだけデクリメントし、ループ５０３ｃはステップ５６２に戻る。
【０１６２】
ステップ５２４において、バス電圧Ｖｂｕｓが最小バス電圧Ｖｂｕｓ，ｍｉｎである場合、送信機コントローラ１２５は、可変送信機リアクタンスＸｔｘ、インバータ周波数ｆｉｎｖ、又はインバータ位相シフトθｉｎｖのいずれかを調整することによって、送信機電力を低減する。ステップ５２６において、送信機コントローラ１２５は、可変送信機リアクタンスＸｔｘが既に最大値Ｘｔｘ，ｍａｘであるか否かをチェックする。可変送信機リアクタンスＸｔｘが最大値Ｘｔｘ，ｍａｘでない場合、ステップ５３０において、送信機コントローラ１２５は、可変送信機リアクタンスＸｔｘを、送信機リアクタンスステップサイズΔＸｔｘだけインクリメントし、ループ５０１ｃはステップ５６２に戻る。
【０１６３】
可変送信機リアクタンスＸｔｘが既に最大値Ｘｔｘ，ｍａｘである場合、送信機コントローラ１２５は、ステップ５２７にて、インバータ周波数ｆｉｎｖが最大インバータ周波数ｆｉｎｖ，ｍａｘよりも小さいか否かをチェックする。可変送信機リアクタンスＸｔｘがまだ最大値Ｘｔｘ，ｍａｘでない場合、ステップ５２８にて、送信機コントローラ１２５は、インバータ周波数ｆｉｎｖを、周波数ステップサイズΔｆｉｎｖだけインクリメントし、ループ５０３ｃは、ステップ５６２に戻る。インバータ周波数ｆｉｎｖが既に最大値ｆｉｎｖ，ｍａｘである場合、送信機コントローラ１２５は、ステップ５６６にて、インバータ位相シフトθｉｎｖが最小インバータ位相シフトθｉｎｖ，ｍｉｎより大きいか否かをチェックする。インバータ位相シフトθｉｎｖが既に最小値θｉｎｖ，ｍｉｎである場合、ループ５０３ｃは、バス電圧Ｖｂｕｓ、可変送信機リアクタンスＸｔｘ、又はインバータ位相シフトθｉｎｖの調整を実行せずに、ステップ５６２に戻る。インバータ位相シフトθｉｎｖがまだ最小値θｉｎｖ，ｍｉｎでない場合、ステップ５６８において、送信機コントローラ１２５は、インバータ位相シフトθｉｎｖを、位相シフトステップサイズΔθｉｎｖだけデクリメントし、ループ５０３ｃはステップ５６２に戻る。
【０１６４】
ある実施形態では、送信機リアクタンスステップサイズΔＸｔｘの大きさは変更可能である。例えば、φｉｎｖとφｔａｒｇｅｔとの差が大きい場合、例えば粗調整閾値より大きい場合、送信機コントローラ１２５は、送信機リアクタンスステップサイズΔＸｔｘを増加させ得る。これに対して、φｉｎｖとφｔａｒｇｅｔとの差が小さい場合、例えば微調整閾値よりも小さい場合、送信機コントローラ１２５は、送信機リアクタンスステップサイズΔＸｔｘの大きさを減少させ得る。
【０１６５】
ある実施形態では、バス電圧ステップサイズΔＶｂｕｓの大きさは変更可能である。例えば、ＰｉｎとＰｔａｒｇｅｔとの差が大きい場合、例えば粗調整閾値よりも大きい場合、送信機コントローラ１２５は、バス電圧ステップサイズΔＶｂｕｓを増加させ得る。これに対して、ＰｉｎとＰｔａｒｇｅｔとの差が小さい場合、例えば微調整閾値よりも小さい場合、送信機コントローラ１２５は、バス電圧ステップサイズΔＶｂｕｓの大きさを減少させ得る。
【０１６６】
ある実施形態では、インバータ周波数ステップサイズΔｆｉｎｖの大きさは変更可能である。例えば、ステップ５０６において、ＰｉｎとＰｔａｒｇｅｔとの差が大きい場合、例えば粗調整閾値よりも大きい場合、送信機コントローラ１２５は、インバータ周波数ステップサイズΔｆｉｎｖを増加させ得る。これに対して、ＰｉｎとＰｔａｒｇｅｔとの差が小さい場合、例えば微調整閾値よりも小さい場合、送信機コントローラ１２５は、インバータ周波数ステップサイズΔｆｉｎｖの大きさを減少させ得る。
【０１６７】
ある実施形態では、インバータの位相シフトステップサイズΔθｉｎｖの大きさは変更可能である。例えば、ステップ５６２において、ＰｉｎとＰｔａｒｇｅｔとの差が大きい場合、例えば、粗調整閾値よりも大きい場合、送信機コントローラ１２５は、インバータ位相シフトステップサイズΔθｉｎｖを増加させ得る。これに対して、ＰｉｎとＰｔａｒｇｅｔとの差が小さい場合、例えば微調整閾値よりも小さい場合、送信機コントローラ１２５は、インバータ位相シフトステップサイズΔθｉｎｖの大きさを減少させ得る。
【０１６８】
以下の表（表１）は、本明細書に記載のプロセスに従って動作する電気自動車を充電するための、ワイヤレス電力送信機と受信機の相対的位置間の変化に関する、出力電圧及び効率（Ｅｆｆ）の実験測定値を示す。位置Ｘは、Ｘ軸に沿った送信機共振器コイルに対する受信機共振器コイルの位置であって、ここで、Ｘ軸は車両の幅に沿って（例えば、運転席のドアから助手席のドアへ）走り、Ｘ＝０は送信機共振器コイルの中心である。位置Ｙは、Ｙ軸に沿った送信機共振器コイルに対する受信機共振器コイルの位置であって、ここで、Ｙ軸は車両の長さに沿って（例えば、車両のフロントからリアへ）走り、Ｙ＝０は送信機共振器コイルの中心である。位置Ｚは、垂直のＺ軸に沿った受信機共振器コイルと送信機共振器コイルとの分離距離である。
【表１】
2019509707.tif 000020
【０１６９】
図６Ａは、ワイヤレス電力伝送制御システムの例示的な起動プロセス６００のフローチャートを示す。ある例では、プロセス６００は、１つ以上の処理装置（たとえば、プロセッサ又はマイクロコントローラ）又は計算装置を使用して実行される、コンピュータ実行可能命令として提供され得る。また、ある例では、プロセス６００は、ハードウェアとして組み込まれた電気回路によって、例えばＡＳＩＣ又はＦＰＧＡコントローラとして実行されてもよい。プロセス６００の一部は、ワイヤレス電力送信機１０２（例えば、送信機コントローラ１２５）によって実行されてもよく、プロセス６００の一部は、ワイヤレス電力受信機１０４（例えば、受信機コントローラ１２９）によって実行されてもよい。
【０１７０】
ブロック６０２は、オフに設定された送信機の力率補正（ＰＦＣ）段階と、オフに設定されたインバータパルス幅変調（ＰＷＭ）と、最大周波数ｆｉｎｖ，ｍａｘを設定されたインバータ周波数ｆｉｎｖと、最大リアクタンス値Ｘｔｘ，ｍａｘを設定された可変送信機リアクタンスＸｔｘ（例えば、送信機ＩＭＮ１２４のＸ３）と、そして、最大リアクタンス値Ｘｒｘ，ｍａｘを設定された可変受信機リアクタンスＸｒｘ（例えば、受信機ＩＭＮ１２６のＸ３）と、を含む、システム起動プロセス６００の入力及び初期条件を列挙する。起動プロセス６００は、ステップ６０４で開始し、ＰＦＣがオンにされ、バス電圧Ｖｂｕｓが最小バス電圧Ｖｂｕｓ，ｍｉｎにされる。ステップ６０６において、インバータＰＷＭがオンにされる。ステップ６０８において、可変受信機リアクタンスＸｒｘが、最小受信機リアクタンスＸｒｘ，ｍｉｎに調整される。ステップ６１０において、インバータ周波数ｆｉｎｖは、目標インバータ周波数ｆｉｎｖ，ｔａｒｇｅｔに調整される。ステップ６１２において、システムは、例えば、プロセス３００、４００、５００ａ、５００ｂ、又は５００ｃのうちの１つに従って、定常状態処理を開始する。
【０１７１】
図６Ｂは、ワイヤレス電力伝送制御システムの例示的なシャットダウンプロセス６０１のフローチャートを示す。ある例では、プロセス６０１は、１つ以上の処理装置（たとえば、プロセッサ又はマイクロコントローラ）又は計算装置を使用して実行される、コンピュータ実行可能命令として提供され得る。ある例では、プロセス６０１は、ハードウェアとして組み込まれた電気回路によって、例えばＡＳＩＣ又はＦＰＧＡコントローラとして実行されてもよい。プロセス６０１の一部は、ワイヤレス電力送信機１０２（例えば、送信機コントローラ１２５）によって実行されてもよく、プロセス６０１の一部は、ワイヤレス電力受信機１０４（例えば、受信機コントローラ１２９）によって実行されてもよい。
【０１７２】
シャットダウンプロセス６０１は、例えばプロセス３００、４００、５００ａ、５００ｂ、又は５００ｃのうちの１つに従って定常状態にあるシステムにおいて、ステップ６１２で開始する。ステップ６１４にて、可変受信機リアクタンスＸｒｘは、最小受信機リアクタンスＸｒｘ，ｍｉｎにされる。ステップ６１６にて、可変送信機リアクタンスＸｔｘは、最大送信機リアクタンスＸｔｘ，ｍａｘにされ、ステップ６１８にて、バス電圧Ｖｂｕｓは、最小バス電圧Ｖｂｕｓ，ｍｉｎにされる。ある実施形態では、ステップ６１６及び６１８は、送信機によって直接実行され得る。また、ある実施形態では、ステップ６１６及び６１８は、間接的に実行され得る。例えば、ステップ６１６及び６１８は、プロセス５００ａ、５００ｂ及び５００ｃの定常状態処理の一部として自動的に実行され（ステップ５２４、５３２、５２６、及び５３０）、目標電力Ｐｔａｒｇｅｔを単にシャットダウン値Ｐｓｈｕｔｄｏｗｎに調整するステップである。たとえば、Ｐｓｈｕｔｄｏｗｎはゼロ又はゼロの近傍であってもよい。Ｐｔａｒｇｅｔが減少すると、定常状態送信機処理プロセスによって、可変送信機リアクタンスＸｔｘは最大送信機リアクタンスＸｔｘ，ｍａｘにされ、バス電圧Ｖｂｕｓは最小バス電圧Ｖｂｕｓ，ｍｉｎにされる。ステップ６２０では、ＰＦＣがオフにされ、Ｖｂｕｓが０Ｖにされる。ステップ６２２で、インバータＰＷＭがオフにされる。ある実施形態では、受信機と送信機との間のワイヤレス通信は、電力伝送が確保された後も、オンのままであってもよく、或いはオフにされてもよい。
【０１７３】
開示された技術は、特定の好ましい実施形態に関連して記載されているが、他の実施形態についても、当業者によって理解され、本開示の範囲内に入ることが意図される。例えば、設計、方法、構成要素の構成など、ワイヤレス電力送信に関するものを、様々な具体的な用途及びその例とともに、上述した。当業者であれば、本明細書に記載された設計、方法、構成、又は構成要素が組み合わせて、或いは交換して用いられ得ること、及び、上記の説明は、そのような構成要素の交換又は組合せを、本明細書に記載されているもののみに限定するものではないことを理解されたい。
【０１７４】
説明のために、前述の説明は、例えば電気自動車を充電するための動力伝送などの、高出力ワイヤレス電力伝送用途における装置、構成要素、及び方法の使用に焦点を当てている。
【０１７５】
しかしながら、より一般的には、本明細書で開示された装置、構成要素、及び方法を使用して電力を受け取ることができる装置は、広範囲の電気装置を含むことができ、本明細書において説明のために記載された装置に限定されないことを理解されたい。
一般に、携帯電話、キーボード、マウス、ラジオ、カメラ、モバイルハンドセット、ヘッドセット、腕時計、ヘッドフォン、ドングル（dongle）、多機能カード、食品及び飲料のアクセサリなどの、任意のポータブル電子装置と、プリンタ、時計、ランプ、ヘッドフォン、外部ドライブ、プロジェクタ、デジタルフォトフレーム、追加のディスプレイなどの、任意の作業場用電子装置とが、本明細書に開示された装置、構成要素及び方法を用いて、ワイヤレスで電力を受け取ることができる。更に、電気又はハイブリッド車両、電動車椅子、スクーター、動力工具などの、任意の電気装置は、本明細書に開示された装置、構成要素及び方法を用いて、ワイヤレスで電力を受け取ることができる。更に、本明細書に開示された装置、構成要素及び方法は、ワイヤレス電力伝送以外の用途に使用されてもよい。
【０１７６】
本開示では、キャパシタ、インダクタ、抵抗器などの、特定の回路又はシステムの構成要素は、回路の「構成要素」、「要素」又は「素子」と呼ばれる。本開示はまた、これらの構成要素又は素子の直列及び並列の組み合わせを、素子、ネットワーク、トポロジー、回路などとも呼ぶ。しかしながら、より一般的には、単一の構成要素又は特定の構成要素のネットワークが本明細書で開示されている場合、代替の実施形態は、素子のためのネットワーク、代替ネットワークなどを含み得ることを理解されたい。
【０１７７】
本明細書において、均等物及び不等式は、送信機処理パラメータ又は受信機処理パラメータにおける比較を指す場合、値の正確な等価性を要求することを意図するものではなく、代わりに閾値又は互いに許容差内にある値の等価性を指す。例えば、電力、電圧、電流、及び位相などの測定値は、浮動小数点数として表現して、格納してもよい。このように、正確な等価性は、測定の精度を高める可能性は高くない。したがって、これらの数値と目標値との等価性は、閾値範囲内の等価性、例えば目標値の±１％、±２％、±５％、又は±１０％の許容差内の等価性を指す。同様に、不等式は、測定値が、目標値の±１％、±２％、±５％、又は±１０％だけ追加して、目標値より大きく又は低くなることを要求するものであってもよい。
【０１７８】
本明細書において、「結合された」という用語は、回路又はシステムの構成要素を指す場合、情報又は信号がある構成要素から他の構成要素に伝達され得る１つ以上の構成要素の間における、適切な、有線又はワイヤレスの、直接的又は間接的な、接続を記述するために使用される。
【０１７９】
本明細書において、「直接接続」又は「直接接続された」という用語は、途中に能動的な要素を介さずに接続される、２つの要素間の直接的な接続を指す。「電気的に接続される」又は「電気的接続」という用語は、それぞれの要素が共通の電位を有するように接続される、２つの要素間の電気的な接続を指す。更に、第１の構成要素と第２の構成要素の端子との間の接続は、第１の構成要素と端子との間に、第２の構成要素を通過しない経路が存在することを意味する。
【０１８０】
本明細書に記載された主題の実施形態及び処理の実施は、本明細書に開示された構造及びそれらの構造的均等物を含む、デジタル電子回路、又はコンピュータソフトウェア、ファームウェア、又はハードウェア、或いは、これらのうち１つ以上の組合せによって、実現されてもよい。本明細書に記載された主題の実施形態は、データ処理装置によって実行され、或いはデータ処理装置の動作を制御するために、コンピュータ記憶媒体上に符号化された、１つ以上のコンピュータプログラム、すなわち、コンピュータプログラム命令の１つ以上のモジュールを使用して実現することができる。これに代えて、又はこれに加えて、プログラム命令は、適切な受信装置に送信され、データ処理装置により処理される、情報を符号化するために生成される、例えば、機械によって生成された、電気的、光学的、又は電磁気的な信号などの、人工的に生成された伝播信号に符号化されてもよい。コンピュータ記憶媒体は、コンピュータ可読記憶装置、コンピュータ可読記憶基板、ランダム又はシリアルアクセスメモリアレイ又は装置、或いはそれらの１つ以上の組み合わせであってもよく、或いはそれらに含まれてもよい。更に、コンピュータ記憶媒体は伝播信号ではないが、コンピュータ記憶媒体は、人工的に生成された伝播信号に符号化されたコンピュータプログラム命令の送信元又は宛先となり得る。コンピュータ記憶媒体は、１つ以上の別個の物理的構成要素又は媒体（例えば、複数のＣＤ、ディスク、又は他の記憶装置）であってもよく、或いはそれらに含まれてもよい。
【０１８１】
本明細書で説明される処理は、１つ以上のコンピュータ可読記憶装置に格納されたデータ又は他のソースから受信したデータに対して、データ処理装置によって実行される処理として実装されてもよい。
【０１８２】
「データ処理装置」という用語は、例えば、プログラム可能なプロセッサ、コンピュータ、システムオンチップ、或いは複数又はこれらの組み合わせを含む、データを処理するためのあらゆる種類の機器、装置、及び機械を包含する。当該装置には、専用論理回路、例えば、ＦＰＧＡ（フィールドプログラマブルゲートアレイ）又はＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）が含まれてもよい。当該装置には、ハードウェアに加えて、対象となるコンピュータプログラムの実行環境を生成するコード、例えば、プロセッサファームウェア、プロトコルスタック、データベース管理システム、オペレーティングシステム、クロスプラットフォームランタイム環境、仮想マシン、又はそれらのうちの１つ以上の組み合わせ、を構成するコードが含まれてもよい。装置及び実行環境は、ウェブサービス、分散コンピューティング及びグリッドコンピューティングのインフラストラクチャなど、様々な異なるコンピューティングモデルのインフラストラクチャを実現することができる。
【０１８３】
コンピュータプログラム（プログラム、ソフトウェア、ソフトウェアアプリケーション、スクリプト、又はコードとしても知られている）は、コンパイル又はインタプリタされた言語、宣言型言語又は手続型言語を含む、任意の形式のプログラミング言語で記述されてもよく、スタンドアロンプログラムとして、又はモジュール、構成要素、サブルーチン、オブジェクト、又はコンピューティング環境での使用に適した他のユニットとして、配置されてもよい。コンピュータプログラムは、ファイルシステム内のファイルに対応してもよいが、必ずしも対応する必要はない。プログラムは、他のプログラム又はデータを保持するファイルの一部（例えば、マークアップ言語の文書に格納された１つ以上のスクリプト）、対象とするプログラム専用の単一ファイル、又は複数のコーディネートされたファイル（例えば、１つ以上のモジュール、サブプログラム、又はコードの一部を格納するファイル）に格納されてもよい。を含む。コンピュータプログラムは、１つのコンピュータ上で、或いは１つの場所に位置する、又は複数の場所に分散され、通信ネットワークによって相互接続される、複数のコンピュータ上で、実行されるように配置されてもよい。
【０１８４】
本明細書で説明するプロセス及び論理フローは、入力データを制御して出力を生成することによってアクションを実行する１つ以上のコンピュータプログラムを実行する１つ以上のプログラム可能なプロセッサによって実行されてもよい。プロセス及び論理フローはまた、ＦＰＧＡ（フィールドプログラマブルゲートアレイ）又はＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）などの専用論理回路によっても実行されてもよく、装置は、専用論理回路として実装されてもよい。
【０１８５】
コンピュータプログラムの実行に適したプロセッサは、一例として、汎用マイクロプロセッサ及び専用マイクロプロセッサ、及び任意の種類のデジタルコンピュータの任意の１つ以上のプロセッサを含む。一般に、プロセッサは、読み出し専用メモリ又はランダムアクセスメモリ、或いはその両方から命令及びデータを受信する。コンピュータの要素は、命令に従ってアクションを実行するためのプロセッサと、命令及びデータを記憶するための１つ以上のメモリ装置とを含むことができる。一般に、コンピュータは、例えば磁気、光磁気ディスク又は光ディスクなどのデータを格納する１つ以上の大容量記憶装置を、データを受信するため、送信するため、或いはその両方のために、含んでもよく、或いは、処理可能に結合されてもよい。しかしながら、コンピュータは必ずしもそれらの装置を有する必要はない。更に、コンピュータは、別の装置、例えば、一例として、自動車、携帯電話、携帯情報端末（ＰＤＡ）、携帯オーディオ又はビデオプレーヤ、ゲームコンソール、又は全地球測位システム（ＧＰＳ）受信機などの、ワイヤレス電力送信機又は受信機、或いはワイヤレス充電又は受電装置に組み込まれてもよい。コンピュータプログラム命令及びデータを格納するのに適した装置には、例えば、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、及びフラッシュメモリ装置などの半導体メモリ装置、例えば内部ハードディスク又はリムーバブルディスク等の、磁気ディスク、光磁気ディスク、並びにＣＤ−ＲＯＭ及びＤＶＤ−ＲＯＭディスクを含む、すべての形態の不揮発性メモリ、メディア及びメモリ装置が含まれてもよい。プロセッサ及びメモリは、専用論理回路によって補完又は組み込まれてもよい。
【０１８６】
本明細書は多くの具体的な実施の詳細を含むが、これらは本開示のいかなる実施の範囲又は特許請求される可能性のある範囲の限定として解釈されるべきではなく、例示的な実施形態に特有の特徴の説明として解釈されるべきである。本明細書において異なる実装の文脈で説明される特定の特徴は、単一実装で組み合わせて実装され得る。逆に、単一の実装の文脈で説明されている様々な機能は、別々に複数の実装形態で又は任意の適切なサブコンビネーションで実装されてもよい。更に、特徴は、特定の組み合わせで作用するものとして上述されており、当初はそのように特許請求されているものであっても、場合によっては、特許請求された組み合わせからの１つまたは複数の特徴が切り出されることもあり、特許請求された組み合わせは、サブコンビネーション、またはサブコンビネーションのバリエーションを含むこともある。
【０１８７】
同様に、処理が特定の順序で図面に示されているが、望ましい動作を達成するために、それらの処理が示された特定の順序で又は順番で実行される必要がある、或いはすべての処理が実行される必要があると理解されるべきではない。特定の状況では、マルチタスク処理と並列処理が有利な場合がある。更に、上述の実装における様々なシステムの構成要素の分離は、すべての実装においてそのような分離を必要とするものとして理解されるべきではなく、記載されたプログラム構成要素及びシステムは、一般に、単一のソフトウェア製品内に一体化され、複数のソフトウェア製品にパッケージされうるものとして理解されるべきである。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２−１】
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【図２−２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６】
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【国際調査報告】
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